A számítógépes holografikus CGH-t részletesen bemutatjuk

Először is, a számítógépes holográfia alapelve

A számítógépes holográfia alapelve az, hogy számítógépet használnak a Fény fázisának vagy amplitúdójának megoldására, digitális hologram létrehozására, majd a fény fázisának vagy amplitúdójának optikai modulátorokon, például a Spatial Light Modulator (SLM) keresztül történő modulálására, végül pedig koherens fény felhasználásával az SLM besugárzására. Frissítő fénymező keletkezik, amely dinamikus holografikus 3D-s képet alkot.

A hagyományos hologram-generálástól eltérően a számítógépes holográfia nem igényel két fénysugárt ahhoz, hogy fizikailag koherens legyen, így leegyszerűsödik a hologram előállítási folyamat. A számítási hologramok nagy pontosságú előállítása azonban még mindig számos kihívással néz szembe, például a nagy számítási mennyiséggel, a nagy számítási teljesítményigénnyel, valamint a térbeli fénymodulátorok felbontásának és méretének korlátaival.

Másodszor, a számítógépes holográfia kulcstechnológiája

Hologram optimalizáló algoritmus

A számítási hologramok nagy pontosságú generálása az optimalizáló algoritmusoktól függ. Mivel a hologram optimalizálás lényegében egy rosszul kondicionált inverz probléma, általában nem konvex optimalizáló algoritmusok segítségével oldják meg. Az optimalizáló algoritmus kiválasztása és paraméterbeállítása közvetlenül befolyásolja a hologram generálás minőségét és számítási hatékonyságát.

Az általános optimalizálási keretrendszerek közé tartozik az alternatív vetítési módszer és a gradiens süllyedés módszere. Az alternatív vetítési módszer két zárt halmaz közötti váltakozó vetítéssel találja meg az optimális megoldást, amely kielégíti két zárt halmaz kényszereit. A gradiens süllyedés módszere gradiens számítással határozza meg a veszteségfüggvény csökkenésének irányát, hogy megtalálja a kényszerfeltételeket kielégítő optimális megoldást.

Térbeli fénymodulátor

A térbeli fénymodulátor a számítógépes holográfia kulcsfontosságú eszköze, amely a digitalizált hologramokat fénymező modulációvá tudja alakítani. Jelenleg a legtöbb számítási holografikus rendszer olyan vetítőeszközökre támaszkodik, mint az SLM vagy a Digital Micromirror Device (DMD). Ezeknek az eszközöknek azonban vannak eredendő korlátai a kijelző teljesítményében, például túl kicsi a látószög és a többrendű diffrakció.

E problémák megoldása érdekében a kutatók a metafelület alapú holográfiát vizsgálják. A Metasurface mutációkat vezethet be az elektromágneses hullámok alapvető tulajdonságaiban, például amplitúdójában és fázisában, és számos olyan modulációs hatást érhet el, amelyeket a hagyományos modulációs eszközökben nehéz elérni. A metafelület alapú holográfia nagy előrehaladást ért el a nagy látómező, a színmentes képalkotás, a színes megjelenítés, az információs kapacitás bővítése, a többdimenziós multiplexelés és így tovább terén.

Dinamikusholografikuskijelző

A dinamikus holografikus megjelenítés a számítógépes holográfia fontos alkalmazási területe. A hagyományos holografikus megjelenítőrendszer gyakran problémát jelent a nagy számítási kapacitás és az alacsony megjelenítési képsebesség miatt, ami korlátozza alkalmazását a fejlett megjelenítésben, például a fejlett ember-számítógép interakcióban. A dinamikus holografikus megjelenítés nagy folyékonyságának megvalósítása érdekében a kutatók hatékony számítási hologram generálási módszereket és megjelenítési technikákat kutatnak.

Például a Huazhong Tudományos és Technológiai Egyetem Wuhan Nemzeti Optoelektronikai Kutatóközpontjának csapata egy dinamikus interbit metasurface holográfia (Bit-MH) technológiát javasolt magas számítási és megjelenítési képkockasebesség mellett. A technika hatékony dinamikus frissítést és valós idejű interakciót ér el azáltal, hogy a metafelület megjelenítési funkcióját különböző térbeli régiókra (azaz térbeli csatornákra) osztja, és minden csatornába egy rekonstruált szubholografikus mintát vetít.

3. Alkalmazási területeiszámítógépes holográfia

Háromdimenziós kijelző

A számítástechnikai holográfia széles körű alkalmazási lehetőséget kínál a 3D megjelenítés területén. A számítógéppel generált hologramokkal nagy pontosságú hullámfront-moduláció érhető el, így háromdimenziós jelenetek hozhatók létre folyamatos mélységérzettel. Ez a technológia nem csak a szórakoztatás és a játékok területén használható, hanem oktatásban, képzésben, orvosi és egyéb területeken is, hogy valósághűbb és intuitívabb háromdimenziós vizuális élményt nyújtson.

Optikai információ tárolása és feldolgozása

A számítógépes holográfia optikai információk tárolására és feldolgozására is használható. Digitális hologramok generálásával az információ a közegben fénymező formájában tárolható, így nagy sűrűségű és nagy sebességű információtárolás és -olvasás érhető el. Ezenkívül a számítási holográfia olyan területeken is használható, mint az optikai titkosítás és a hamisítás elleni küzdelem az információk biztonságának és megbízhatóságának javítása érdekében.

Kiterjesztett valóság és virtuális valóság

A számítógépes holográfiának a kiterjesztett valóság (AR) és a virtuális valóság (VR) területén is van potenciális alkalmazása. Valósághű, háromdimenziós holografikus képek generálásával természetes interakciót és magával ragadó élményeket lehet elérni az AR és VR rendszerekben. Például az AR-rendszerekben a számítógépes holográfiai technológia lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy a sík több mélységében természetesen a megjelenített tartalomra összpontosítsanak, megoldva a vizuális konvergencia-konfliktus-korrekciós problémát (VAC), és javítva a felhasználói kényelemért.

Lézeres megmunkálás és metafelület tervezés

Számítógépes holográfiaolyan területeken is használható, mint a lézeres feldolgozás és a metasurface tervezés. Nagy pontosságú hologramok előállításával a lézersugár precíz vezérlése, valamint nagy pontosságú lézeres feldolgozás és mikro-nano gyártás érhető el. Emellett a számítógépes holográfia metafelületek tervezésére és optimalizálására is használható, hogy bonyolultabb és hatékonyabb elektromágneses hullámmodulációs hatásokat érjünk el.

Negyedszer, a számítási holográfia fejlődési trendje és kihívása

A számítástechnika folyamatos fejlődésével és az optikai eszközök folyamatos innovációjával a számítógépes holográfiai technológia folyamatosan új előrelépéseket és áttöréseket ér el. A számítási holográfia azonban még mindig számos kihívással és problémával szembesül, mint például a nagy számítási mennyiség, a nagy számítási teljesítményigény, a térbeli fénymodulátor felbontása és méretkorlátozása. E problémák megoldására a kutatók új algoritmusokat és technikákat kutatnak, mint például a mélytanuláson alapuló hologramgenerálási módszerek, a metafelület alapú holográfia stb.

A jövőben várhatóan több területen alkalmazzák és népszerűsítik a számítógépes holográfiai technológiát. Például a jármű HUD-megjelenítő rendszerében a számítási holografikus technológia valósághűbb és intuitívabb 3D-s navigációt és információs megjelenítést valósít meg; Az orvostudomány területén a számítógépes holografikus technológia olyan területeken használható, mint a sebészeti navigáció és a telemedicina az orvosi színvonal és hatékonyság javítása érdekében.

Röviden,számítógépes holográfia, mint átalakító potenciállal rendelkező technológia, folyamatosan támogatja az optika és az információtudomány fejlődését. A technológia folyamatos fejlődésével és az alkalmazási területek folyamatos bővülésével a számítástechnikai holográfia várhatóan több területen fog áttörést és innovációt elérni, több kényelmet és meglepetést hozva az emberiség számára.