全息图是一个主食科幻小说,但在现实世界中创建了足够严重的应用程序的详细信息,已经证明了难的。虽然科学家一直在慢慢推动全息预测领域,但他们并没有能够克服一个名为跨谈的问题。但是,在最近的一篇论文出版于自然,它们能够操纵光的形状来克服这一点,从而使它们能够产生3D全息图,这些全息图是更清晰,更大,更详细的级别。

什么是全息图?

简单全息图是2D表面,当光线闪烁时,产生3D对象的错觉。

录制全息图插图技术
拍摄者Drbob在英语语言维基百科/cc by-sa 3.0

这些通过将激光分成两个光束来创建,弹出一个物体,将另一个OFF镜子放在镜子上,并在专用的照相板上重新组合它们。

激光是连贯的光线,这意味着它们由一种特定频率组成,因为所有光波都在齐声移动。当组合两个相干光波时,产生称为干扰,有序和可预测的图案的过程。峰值放大其他峰,槽放大了其他槽,峰值和槽互相抵消,从而产生光和暗的交替带。

然而,当光被反射物体反射时,它不再相干,并且当它与激光束的相干光重新组合时,形成特定于物体的干涉图案。

拍摄板被精确地放置在光被重新组合的位置,从而捕获唯一的干扰图案,其保持再现对象的3D图像所需的所有信息,包括透视图和视差的深度提示(视差的差异沿两条不同的视线观看的对象)。为了再现对象的图像,参考光束需要通过板的后部闪光,从而撞击干涉图案并产生物体光束,就像它刚刚离开对象一样。

换句话说(参考光束)+(物体光束)=(板上的干涉图案),并且从另一个方向闪烁参考光束就是重新排列该等式,使得(板上的干涉图案)- (参考光束)=(对象波束),使图像出现。

3D全息投影的问题

上述过程用于仅创建一个包含有限数量的信息的一个板,这意味着所产生的图像质量低。要创建可用于有意义的应用程序的图像,需要将更多的板堆叠在一起,因为它们可以保存更多信息。保持图像质量的极限是三到四个板块。

这是由于串扰,这是由每个板产生的图像彼此干扰,从而扭曲整体图像。由于光线闪烁通过板并且图像产生图像,因此背部的图像的光必须通过前面的灯,改变光的同步运动,这反过来改变了较大的光波,称为菲涅耳衍射。由于光波不同步,因此它们的图像变得模糊。

随机相位近似

绕过菲涅耳衍射的问题直到现在涉及设计更好的设备,但新研究的作者发现了潜在的数学理论之间的联系,以完全防止这种现象。

菲涅耳衍射的方程描述了由于障碍物而异的光的特定情况,例如用于产生复杂全息图的多个板。这个想法是将这些改变为由方程描述的理想波形傅里叶全息

然后,问题是如何通过将菲涅耳衍射方程转换为傅里叶全息术的那些,如何将无序光变为有序的光。

答案是随机相位近似(RPA),这是基于少数关键思想。

首先,当它们的峰值和槽排列时,波浪被认为是“相位”。不相位的波浪彼此干扰,从而扭曲图像。

二,系统的每个部分都以自己的频率振荡,但所有这些频率平均出来,创造了一个系统宽的频率。

三,当两个系统的系统范围频率是随机的时,有一个非常高的可能性,它们将是正交的,这意味着它们将彼此相位。

研究人员能够充分随机化每个板的阶段,消除它们之间的任何串扰。因此,从一个板发光的光没有干扰来自其他板的光,产生清晰,详细的3D图像。

“我们展示了在轴上形成的菲涅耳全息图,无需任何串扰,产生大容量,高密度,动态3D投影,同时具有1,000个图像平面”。“他们在纸上表示。

这些详细的3D全息图几乎可以使用,尽管研究人员认为最直接的用途将在医学和航空中。例如,代替由MRIS,CT扫描和其他医学成像技术创建的2D图像,医生和护士将能够创建患者身体的准确3D表示,从而更容易分析和诊断问题。工程师将能够使用详细全息图来设计和维修飞机。

虽然它可能仍有几年之后,但一旦这个突破性技术变得可商购,它肯定会是转折点,类似于X射线如何旋转药物。

图像信用:Vandrage艺术家/shutterstock.com.

斯科特目前正在为联合国进行研究和编辑。他对可持续能源,全球政治和加密货币最感兴趣。在业余时间,他喜欢读和户外。