Computational holografisk CGH introduceres i detaljer

For det første det grundlæggende princip for beregningsholografi

Det grundlæggende princip for beregningsholografi er at bruge en computer til at løse lysets fase eller amplitude, generere et digitalt hologram og derefter modulere lysets fase eller amplitude gennem optiske modulatorer såsom Spatial Light Modulator (SLM), og til sidst bruge kohærent lys til at bestråle SLM. Et forfriskende lysfelt genereres for at danne et dynamisk holografisk 3D-billede.

Til forskel fra traditionel hologramgenerering kræver beregningsholografi ikke to lysstråler for at være fysisk sammenhængende, hvilket forenkler hologramgenereringsprocessen. Imidlertid står højpræcisionsgenereringen af ​​beregningshologramme stadig over for mange udfordringer, såsom den store mængde beregning, høje krav til computerkraft og opløsnings- og størrelsesbegrænsningerne for rumlige lysmodulatorer.

For det andet nøgleteknologien til beregningsholografi

Hologram optimering algoritme

Den højpræcisionsgenerering af beregningshologrammer afhænger af optimeringsalgoritmer. Da hologramoptimering i det væsentlige er et dårligt konditioneret omvendt problem, løses det normalt ved hjælp af ikke-konvekse optimeringsalgoritmer. Valget og parameterindstillingen af ​​optimeringsalgoritmen vil direkte påvirke kvaliteten og beregningseffektiviteten af ​​hologramgenerering.

Fælles optimeringsrammer inkluderer alternativ projektionsmetode og gradientnedstigningsmetode. Alternativ projektionsmetode finder den optimale løsning, der opfylder begrænsningerne for to lukkede sæt ved alternativ projektion mellem to lukkede sæt. Gradientnedstigningsmetoden bestemmer retningen for tabsfunktionsfaldet gennem gradientberegning for at finde den optimale løsning, der opfylder begrænsningsbetingelserne.

Rumlig lysmodulator

Rumlig lysmodulator er en nøgleanordning inden for beregningsholografi, som kan konvertere digitaliserede hologrammer til lysfeltmodulering. I øjeblikket er de fleste computerholografiske systemer afhængige af projektionsenheder såsom SLM eller Digital Micromirror Device (DMD). Disse enheder har dog iboende begrænsninger i displayets ydeevne, såsom for lille synsfeltvinkel og multi-orders diffraktion.

For at løse disse problemer udforsker forskere metasurface-baseret holografi. Metasurface kan introducere mutationer i de grundlæggende egenskaber ved elektromagnetisk bølge, såsom amplitude og fase, og opnå mange modulationseffekter, som er svære at opnå i traditionelle modulationsenheder. Metasurface-baseret holografi har gjort store fremskridt inden for stort synsfelt, farvefri billeddannelse, farvevisning, udvidelse af informationskapacitet, multidimensionel multipleksing og så videre.

Dynamiskholografiskvise

Dynamisk holografisk visning er et vigtigt anvendelsesområde for beregningsholografi. Det traditionelle holografiske displaysystem har ofte problemer med store beregninger og lav billedhastighed, hvilket begrænser dets anvendelse i avanceret display såsom avanceret menneske-computer interaktion. For at realisere dynamisk holografisk visning med høj flydende karakter, udforsker forskere effektive beregningsmetoder til hologramgenerering og visningsteknikker.

For eksempel har et hold fra Wuhan National Research Center for Optoelectronics ved Huazhong University of Science and Technology foreslået en dynamisk interbit metasurface holography (Bit-MH) teknologi med høje beregnings- og displayframe rates. Teknikken opnår effektiv dynamisk opdatering og realtidsinteraktion ved at opdele metasurfacens displayfunktion i forskellige rumlige områder (dvs. rumlige kanaler) og projicere et rekonstrueret subholografisk mønster ind i hver kanal.

3. Anvendelsesområder forberegningsmæssig holografi

Tredimensionelt display

Beregningsmæssig holografi har en bred anvendelsesmuligheder inden for 3D-visning. Med computergenererede hologrammer kan højpræcisionsbølgefrontmodulation opnås for at generere tredimensionelle scener med en kontinuerlig følelse af dybde. Denne teknologi kan ikke kun bruges inden for underholdning og spil, men også inden for uddannelse, træning, medicinsk og andre områder for at give en mere realistisk og intuitiv tredimensionel visuel oplevelse.

Optisk informationslagring og -behandling

Beregningsholografi kan også bruges til optisk informationslagring og -behandling. Ved at generere digitale hologrammer kan information lagres i mediet i form af lysfelt for at opnå høj tæthed og høj hastighed informationslagring og læsning. Derudover kan computational holography også bruges inden for områder som optisk kryptering og anti-forfalskning for at forbedre sikkerheden og pålideligheden af ​​information.

Augmented reality og virtual reality

Beregningsmæssig holografi har også potentielle anvendelser inden for feltet augmented reality (AR) og virtual reality (VR). Ved at generere realistiske tredimensionelle holografiske billeder kan naturlig interaktion og fordybende oplevelser i AR- og VR-systemer opnås. For eksempel i AR-systemer giver computerholografiteknologi brugere mulighed for naturligt at fokusere på det viste indhold på tværs af flere dybder af planet, hvilket løser det visuelle konvergenskonfliktjusteringsproblem (VAC) og forbedrer brugerkomforten.

Laserbearbejdning og metasurface design

Beregningsmæssig holografikan også bruges inden for områder som laserbehandling og metasurface design. Ved at generere højpræcisionshologgrammer kan der opnås præcis kontrol af laserstrålen, og højpræcisions laserbehandling og mikro-nano-fremstilling kan opnås. Derudover kan beregningsholografi også bruges til design og optimering af metasurfaces for at opnå mere komplekse og effektive elektromagnetiske bølgemodulationseffekter.

For det fjerde udviklingstendensen og udfordringen ved beregningsholografi

Med den kontinuerlige udvikling af computerteknologi og den kontinuerlige innovation af optiske enheder gør computerholografiteknologi konstant nye fremskridt og gennembrud. Beregningsholografi står dog stadig over for mange udfordringer og problemer, såsom stor beregningsmængde, højt krav til computerkraft, opløsning og størrelsesbegrænsning af rumlig lysmodulator. For at løse disse problemer udforsker forskere nye algoritmer og teknikker, såsom deep learning-baserede hologramgenereringsmetoder, metasurface-baseret holografi osv.

I fremtiden forventes computational holography-teknologi at blive anvendt og populariseret på flere områder. For eksempel, i køretøjets HUD-displaysystem, kan computerholografisk teknologi realisere mere realistisk og intuitiv 3D-navigation og informationsvisning; På det medicinske område kan computerholografisk teknologi bruges inden for områder som kirurgisk navigation og telemedicin for at forbedre det medicinske niveau og effektivitet.

Kort sagt,beregningsmæssig holografi, som en teknologi med transformativt potentiale, fremmer konstant udviklingen af ​​optik og informationsvidenskab. Med den kontinuerlige teknologiske fremskridt og den kontinuerlige udvidelse af anvendelsesområder forventes beregningsholografi at opnå gennembrud og innovationer på flere områder, hvilket bringer mere bekvemmelighed og overraskelser til menneskeheden.