Számítógépes holografikus CGH

Először is a technikai elvek

A számítógépes holográfia lényege, hogy olyan hologramokat állítson elő, amelyek számítógépes algoritmussal modulálják az optikai hullámfrontot. Ezeket a hologramokat egy optikai rendszerben rekonstruálják, hogy létrehozzanak egy felhasználó által meghatározott hullámfrontot, amely viszont a kívánt képet vagy fénymezőt alkotja. Ebben a folyamatban a hologram létrehozása a kulcs, amely meghatározza a végleges rekonstruált kép minőségét és pontosságát.

2. Inverz probléma és megoldási módszer

Inverz probléma:

A számítógépes holográfiában egy hologram megoldása adott tárgy-fény hullámfront intenzitáseloszlásból inverz probléma, amelyet fizikai és hardveres feltételek korlátoznak.

A probléma természeténél fogva patológiás, mert az a hologram, amely szigorúan eleget tesz minden megkötésnek, és képes rekonstruálni egy mesterségesen meghatározott intenzitáseloszlást, nem feltétlenül valós.

Megoldás módja:

Nem konvex optimalizáló algoritmusok: Az algoritmusok ezen osztályát széles körben használják a rosszul kondicionált inverz problémák optimális értékű megoldási problémákká történő átalakítására. A megoldás pontossága a megszorításoktól, az optimalizálási keretrendszertől és az inicializálási feltételektől függ.

A kényszerfeltételek közé tartozik a rekonstruált hullámfront intenzitáseloszlási kényszere, a korlátozott terjedési sávszélesség korlátozása, a hologram korlátozott térbeli léptékkorlátja és a fázishologram egyedi intenzitási kényszere.

Optimalizációs keretrendszer: meghatározza a keresési utat az inverz probléma optimális megoldásához. Az általánosan használt optimalizálási keretrendszerek között szerepelnek az alternatív vetítési és gradiens süllyedési módszerek (mint például a lépcsőzetes süllyedés és a másodrendű gradiens süllyedés).

Inicializálási feltétel: A számítási holográfia nem konvex optimalizálási forgatókönyvében általában az objektum optikai hullámfront fázisának kezdeti meghatározására vonatkozik. A kezdeti összetett fény eltérő fázisa nagyban befolyásolja a végső konvergenciapontot.

3. Alkalmazás és előrehaladás

Alkalmazások:

A számítógépes holográfia alkalmazási köre széles körben elérhető a virtuális valóságban és a kiterjesztett valóságban, a head-up kijelzőben, az adattitkosításban, a lézeres feldolgozásban és a metasurface tervezésben.

A számítási holografikus technológia különösen a szemközeli megjelenítés területén biztosítja a kiváló minőségű és nagy felbontású képmegjelenítés elérését.

Előrehalad:

Az elmúlt években az optimalizáló algoritmusok folyamatos fejlesztésével és a számítógép teljesítményének javulásával jelentősen javult a számítási hologram rekonstrukció pontossága és hatékonysága.

A kutatók új hologramgenerálási módszereket és optimalizálási stratégiákat is vizsgálnak a számítási holográfia alkalmazási körének további bővítése és teljesítményének javítása érdekében.

IV. Kihívások és jövőbeli kilátások

Kihívás:

A számítógépes holográfiai technológia terén elért figyelemre méltó fejlődés ellenére még mindig vannak kihívások. Például, hogyan lehet tovább javítani a hologram rekonstrukció pontosságát és hatékonyságát, és hogyan lehet megoldani a koherens fényforrás által bevezetett foltproblémát.

Jövőbeli kilátások:

Az optika és a számítástechnika közötti keresztkutatás elmélyülésével úgy vélik, hogy a jövőben innovatívabb technológiák és módszerek kerülnek alkalmazásra a számítási holográfia területén.

Ezek az új technológiák és módszerek tovább fogják támogatni a számítógépes holográfiai technológia fejlődését, és több területen is fontos szerepet töltenek be.

Összefoglalva, a számítógépes holográfia széles körű alkalmazási lehetőséggel és fontos kutatási értékkel rendelkező technológia. A folyamatos kutatás és innováció révén úgy gondolják, hogy a számítástechnikai holografikus technológia a jövőben több területen is áttörést és alkalmazást fog elérni.