全息显示技术的原理是什么?如今又发展到了哪一步呢?

喜欢科幻电影的人,对全息显示这项炫酷的技术一定不会感到陌生 。 在电影《星球大战》中,航天机器人R2-D2发射出一种蓝色的光,莱娅公主的形象栩栩如生地出现在蓝光中,向在场的人们发出呼救信号 。 这一经典桥段隐含了全息显示技术的特别之处——无论观众站在哪个方位,都可以看到所显示内容的立体形象 。
在现实世界中,从事光学显示领域研究的专业人士也为这项技术深深着迷 。 在9月中旬举办的2020腾讯全球数字生态大会5G专场上,腾讯多媒体实验室标准总监、5G专家斯蒂芬·温格指出,基于光场技术的全息显示将会是显示技术的未来 。 中国工程院院士许祖彦也表示:“人们对美好视觉效果的追求,是推进显示技术发展的关键,而自然真实、三维立体的视觉效果是人们最终的目标 。 下一代显示技术将有可能是全息 。 ”

全息显示技术的原理是什么?如今又发展到了哪一步呢?

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全息显示实质上是对光的记录和还原
那到底什么是真正的全息显示技术?如今又发展到了哪一步呢?
全息,顾名思义即全部信息 。 众所周知,光作为一种电磁波的形式存在,包括振幅和相位两个参数,其中振幅反映的是光的强弱,而相位则指的是光波在前进时,光子振动呈现出交替的波形变化 。 全息显示就是要记录下振幅和相位两个参数,还原出物体的三维影像 。
上海理工大学人工智能纳米光子学实验室的张启明教授告诉采访人员:“振幅的强弱可以通过胶片等手段被记录下来,相位却很难被记录下来 。 ”1947年,英国物理学家丹尼斯·盖伯发明了全息术,利用光干涉技术记录光的相位,即利用光与光之间相互干涉形成的有规律条纹,来记录光的相位并还原光 。 丹尼斯·盖伯因此获得1971年诺贝尔物理学奖 。
简单来说,两列或几列光波在空间相遇时,波峰与波峰叠加处会出现亮条纹,波峰与波谷叠加处会出现暗条纹,这种相互作用最终会呈现出稳定的明暗相间的条纹分布,这就是光的干涉现象 。
而全息显示就是利用光波的干涉原理,在物波场(物体光波波动所涉及的空间)中引入一个参考光波,使其与物光波(光源发出的光波经物体反射后形成的光波,其相位和振幅会发生改变)在记录平面叠加产生干涉条纹,将干涉条纹记录下来,即“全息图” 。
当用特定的再现光波照射全息图时,就可以重现出原始物光波,从而形成原物体逼真的三维像 。
【全息显示技术的原理是什么?如今又发展到了哪一步呢?】张启明强调说,全息术所形成的三维图像不需要借助特制的眼镜等工具,直接用肉眼就可以看到 。
我们熟知的名场面可能是“伪全息”
2010年日本虚拟歌姬初音未来举办“全息”演唱会,2015年春晚上运用“全息投影”技术实现4个“李宇春”同唱《蜀绣》,今年电视新闻媒体出现利用“5G+4K全息”技术,实现主持人与访谈对象的跨屏互动……

全息显示技术的原理是什么?如今又发展到了哪一步呢?

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可能有人会觉得,全息显示技术离我们并不遥远 。 但专家认为,深究其技术实现方法就会发现,这些所谓的“全息”其实与真正的全息显示技术相去甚远 。 目前除了博物馆已经出现的静态全息显示,其他人们熟知的所谓“全息”技术名场面,大部分都是一种“伪全息” 。
“伪全息”可以称得上是全息显示界的“六耳猕猴” 。 它有着几乎可以以假乱真的本领,在视觉效果上,“伪全息”同样可以让人用肉眼看到三维立体图像悬浮在空中 。 但仔细观察就会发现,这些“伪全息”技术并不能实现立体影像360度可视,例如虚拟偶像演唱会虽然给我们呈现出了栩栩如生的立体影像,但是其必须在特制的舞台上,且要在黑暗当中才能实现,观众也必须要从特定的角度进行观看 。

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