Computational holografisk CGH

For det første tekniske principper

Kernen i beregningsholografi er at generere hologrammer, der kan modulere optisk bølgefront ved hjælp af computeralgoritmer. Disse hologrammer er rekonstrueret i et optisk system for at generere en brugerdefineret bølgefront, som igen danner det ønskede billede eller lysfelt. I denne proces er genereringen af ​​hologram nøglen, som bestemmer kvaliteten og nøjagtigheden af ​​det endelige rekonstruerede billede.

2. Omvendt problem- og løsningsmetode

Omvendt problem:

I beregningsholografi er løsning af et hologram fra en given objekt-lysbølgefrontintensitetsfordeling et omvendt problem begrænset af fysiske og hardwaremæssige forhold.

Problemet er patologisk af natur, fordi et hologram, der nøje opfylder alle begrænsninger og kan rekonstruere en kunstigt defineret intensitetsfordeling, ikke nødvendigvis er reelt.

Løsningsmetode:

Ikke-konvekse optimeringsalgoritmer: Denne klasse af algoritmer bruges i vid udstrækning til at transformere dårligt konditionerede omvendte problemer til optimal værdiløsningsproblemer. Nøjagtigheden af ​​løsningen afhænger af begrænsninger, optimeringsramme og initialiseringsbetingelser.

Begrænsningsbetingelser inkluderer intensitetsfordelingsbegrænsning af rekonstrueret bølgefront, begrænset udbredelsesbåndbreddebegrænsning, begrænset rumlig skalabegrænsning af hologram og unik intensitetsbegrænsning af fasehologram.

Optimeringsramme: bestemmer søgestien for den optimale løsning af det omvendte problem. Almindeligt anvendte optimeringsrammer omfatter alternative projektion og gradientnedstigningsmetoder (såsom trinvis nedstigning og andenordens gradientnedstigning).

Initialiseringsbetingelse: I det ikke-konvekse optimeringsscenarie for beregningsholografi refererer det normalt til den indledende definition af objektets optiske bølgefrontfase. Den forskellige fase af det indledende sammensatte lys har stor indflydelse på det endelige konvergenspunkt.

3. Anvendelse og fremskridt

Ansøgninger:

Computational holography har en bred vifte af applikationer inden for virtual reality og augmented reality, head-up display, datakryptering, laserbehandling og metasurface design.

Især inden for nær-øje-visning giver computerholografisk teknologi mulighed for at opnå billedvisning i høj kvalitet og høj opløsning.

Fremskridt:

I de seneste år, med den løbende forbedring af optimeringsalgoritmer og forbedring af computerens ydeevne, er nøjagtigheden og effektiviteten af ​​beregningsmæssig hologramrekonstruktion blevet væsentligt forbedret.

Forskere udforsker også nye hologramgenereringsmetoder og optimeringsstrategier for yderligere at udvide anvendelsesområdet for beregningsholografi og forbedre dens ydeevne.

Iv. Udfordringer og fremtidsudsigter

Udfordring:

På trods af de bemærkelsesværdige fremskridt inden for computerholografiteknologi er der stadig nogle udfordringer. For eksempel, hvordan man yderligere forbedrer nøjagtigheden og effektiviteten af ​​hologramrekonstruktion, og hvordan man løser pletterproblemet introduceret af kohærent lyskilde.

Fremtidsudsigter:

Med uddybningen af ​​krydsforskningen mellem optik og datalogi, menes det, at mere innovative teknologier og metoder vil blive anvendt på området for beregningsholografi i fremtiden.

Disse nye teknologier og metoder vil yderligere fremme udviklingen af ​​computerholografiteknologi og få den til at spille en vigtig rolle på flere områder.

For at opsummere er computational holography en teknologi med brede anvendelsesmuligheder og vigtig forskningsværdi. Gennem kontinuerlig udforskning og innovation menes det, at computerholografisk teknologi vil opnå gennembrud og applikationer på flere områder i fremtiden.