多彩色波導全息技術一直面臨著器件結構的複雜性、光在材料中的損耗等諸多的挑戰。近期，研究人員已經發展了一種新的多彩色全息技術，這種技術可以增強傳統的光學系統、智能手機、頭戴設備的3D顯示，而且不需要較大體積的光學元件。
Fig.1 全介質的多彩色全息波導系統，圖片摘自文獻1
最近optica期刊（美國光學學會旗下期刊）刊登了杜克大學（Duke university）的科研成果，文章報道了研究人員利用300*300um的二維全息波導結構（一個很小的可以傳光的光柵波導耦合器）來對彩色圖像進行編碼，基本的系統結構與原理示意如圖1。當紅、綠、藍光照射該微結構時，經過計算機處理可以獲得一幅多彩色全息圖像（Computer-generated hologram, CGH）。全息圖像可以直接通過增強現實設備直接投射到人眼的瞳孔而不需要任何複雜的透鏡、分束鏡或稜鏡，該技術還可以拓展到智能手機上。
新的製造方法是利用集成光子技術在材料中進行全息圖像的編碼。這意味著全息設備可以利用該種方法大規模製造，近而利用在計算機芯片上。這個“編碼器件”很容易集成到極小的芯片上去產生3D圖像。
該多彩色全息技術是依據計算機生成全息圖像，不像傳統的全息技術需要客觀物體與光束產生干涉圖樣，該種方法利用計算機技術產生“數字干涉圖樣”創造全新信息。利用計算機產生全息的方法可以產生高分辨率的3D圖像，但是由單色到多色是該方法的難點。杜克大學通過製作一塊光柵（利用光刻膠在波導上製作二元浮雕結構）克服了該技術難點，該技術可以將干涉圖像的紅、綠、藍顏色分量信息進行單獨編碼處理。論文的第一作者Zhiqin Huang 表示多彩色顯示技術的難點是將不同顏色合成、精確的“分解”不同顏色近而形成全綵色圖像。該種技術不需複雜的過程，而且不需分束鏡、稜鏡等諸多光學元件，使其很容易集成到便攜式設備上。該課題的一個主要成果是利用波導結構處理全息信息的設備，該設計為增強現實顯示或其它顯示方式提供了一種更簡單、靈活、體積更小的一種處理方案。
研究人員使用新的全息技術對蘋果、花和鳥的全息干涉圖像進行編碼。最終獲得的全息圖像同理論預測的結果基本一致，效果如下圖所示
Fig.2 實驗結果同理論模擬對比，圖片摘自文獻1
研究人員雖然只是製作了很小的樣品進行演示，但是科研人員認為該技術很容易應用到更大尺度的顯示，他們認為該種方法可以與已有的顯示技術進行合成，如利用到液晶顯示技術去實現動態成像。目前，研究人員也正在思考利用微結構減少光的損失是該技術可以獲得更好的實現。
Reference
- Zhiqin Huang, Daniel L. Marks, David R. Smith. Out-of-plane computer-generated multicolor waveguide holography. Optica, 2019; 6 (2): 119.
- The Optical Society. "Multicolor holography technology could enable extremely compact 3D displays: Lens-free holography method could bring color 3D displays to augmented reality glasses and smartphones." ScienceDaily. ScienceDaily, 24 January 2019. <www.sciencedaily.com>./<www.sciencedaily.com>
閱讀更多 Nextphy 的文章
