多平面全息三維顯示及其噪聲消除研究

周鵬程，畢 勇，孫敏遠(yuǎn)，亓 巖，張仁栗

(1.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049; 2.中國科學(xué)院 光電研究院，北京 100094)

引言

全息三維顯示能夠完美再現(xiàn)自然界的光波信息，提供人眼全部的深度要素，產(chǎn)生來自于真實(shí)自然場(chǎng)景的立體視覺，因此被公認(rèn)為最具前景的3D顯示技術(shù)[1-2]。全息顯示應(yīng)用領(lǐng)域極其寬廣，涵蓋軍事、醫(yī)療、工業(yè)、商業(yè)、教學(xué)、科研、影視、娛樂等各個(gè)領(lǐng)域，一旦全息顯示技術(shù)步入應(yīng)用，將會(huì)引發(fā)各行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，其潛在市場(chǎng)規(guī)模極為巨大。

全息顯示最早是1948年，由D. Gabor在電子顯微鏡的研究中發(fā)現(xiàn)和提出，采用膠片記錄經(jīng)物體衍射未聚焦的光學(xué)波前，得到全息圖，然后以相干光照明全息圖，再現(xiàn)出原物體的放大的光學(xué)像[3]。1967年Lohmann等人提出計(jì)算全息技術(shù)[4-5]，使用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生全息圖，不必進(jìn)行實(shí)際的光學(xué)記錄過程，并可以再現(xiàn)虛擬的物體光學(xué)圖像。近年來隨著光電子器件的發(fā)展，以空間光調(diào)制器(spatial light modulator, SLM)為代表的全息顯示設(shè)備能夠方便快捷地加載計(jì)算全息圖，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)乃至于實(shí)時(shí)的激光全息顯示，因而吸引了國際著名研究機(jī)構(gòu)和跨國公司的廣泛關(guān)注[6]，成為全球研究熱點(diǎn)之一。

基于計(jì)算全息和SLM的動(dòng)態(tài)全息顯示技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生計(jì)算全息圖(computer-generated hologram, CGH)，然后將CGH加載到SLM上，并經(jīng)過準(zhǔn)直的激光照射，即可產(chǎn)生預(yù)先設(shè)定好的物體的3D圖像。現(xiàn)有的SLM種類很多，按光調(diào)制方式分類有振幅型、振幅-位相型和純位相型，其中純位相型由于不阻礙光的傳輸，能量利用率高而被廣泛使用。純位相型SLM需要加載的全息圖為純位相型全息圖，也稱相息圖。……