三維顯示時代的來臨和互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)升級，使得信息呈幾何級數(shù)暴漲，下一代互聯(lián)網(wǎng)(IPv6)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算和云存儲等新型信息技術(shù)的發(fā)展對數(shù)據(jù)存儲和顯示提出了新的挑戰(zhàn)，超大容量數(shù)據(jù)存儲和超高解析度圖像顯示已成為目前信息技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn)。對于這些問題，全息技術(shù)有可能提供解決之道。
1961年，激光被發(fā)明后，全息照相得到實際應(yīng)用。全息照相利用光的干涉原理和特殊的感光材料，精確記錄被攝物體發(fā)射或透射光波強度和相位信息，從而獲得真實的立體圖像。
全息照相再現(xiàn)的是一個精確復制的物光波，當我們“看”這個物光波時，可以從各個視角觀察到再現(xiàn)立體像的不同側(cè)面，猶如看到逼真物體一樣，具有景深和視差。用高倍顯微鏡觀看全息圖表面，看到的是復雜的條紋，絲毫看不到物體的形象，這些條紋是利用激光照明的物體所發(fā)出的物光波與參考光波干涉，在平面感光底板上被記錄形成的，即用編碼方法把物光波“凍結(jié)”起來。
清華大學精密儀器系副研究員曹良才指出，全息技術(shù)具有非常優(yōu)越的波前和位相操控能力，現(xiàn)已應(yīng)用在許多方面，如全息防偽、全息掃面準鏡、商業(yè)顯示等，且擁有更廣闊的應(yīng)用前景。
全息三維顯示
2009 年末3D 電影《阿凡達》上映。2011 年總共發(fā)行約20 部3D 好萊塢電影。2011 年3D 電視機市場井噴增長近500%，預計到2015 年，家庭購買3D 電視機數(shù)量將超過3 億臺。在巨大的市場推動和需求牽引下，歐美國家和日、韓等國政府及研究機構(gòu)對三維存儲技術(shù)和顯示技術(shù)的基礎(chǔ)研究也急劇升溫，新的材料、器件、方法與系統(tǒng)在近兩年不斷突破和問世。
曹良才指出，根據(jù)全息顯示采用的光波調(diào)制器件的工作原理，全息顯示可分為兩類，一類是通過電壓驅(qū)動對光波調(diào)制器件寫入信號，對光的復振幅進行調(diào)制，如聲光調(diào)制器、數(shù)字微反射鏡、硅基液晶等空間光調(diào)制器。一類是在全息材料中通過光學方式寫入波前信息，產(chǎn)生全息像元，由全息像元組成的陣列對光進行復振幅調(diào)制，如聚合物光折變材料、光折變晶體、光致變色材料等。
在下一代顯示技術(shù)中，全息技術(shù)是熱點，且已得到迅速發(fā)展。2008 年和2010 年，Nature雜志先后兩次發(fā)表了美國亞利桑那大學的S·Tay等人在全息三維實時顯示領(lǐng)域取得的進展，可以對真實三維物體進行實時動態(tài)刷新顯示，該項技術(shù)有望在遠程數(shù)字醫(yī)療和數(shù)字化國防技術(shù)上得到應(yīng)用。2011 年，Science發(fā)表了東京電機大學和大阪大學的S·Kawata等人利用表面等離子共振克服全息單色顯示局限的研究，他們在玻璃基底的平面全息材料表面覆蓋一層金屬薄膜，實現(xiàn)了真彩色的3D 數(shù)字全息圖像的存儲與再現(xiàn)。
曹良才表示，全息三維顯示可以同時顯示物體的振幅和相位信息，是具有真實感的下一代真三維顯示技術(shù)，但它也面臨著一些挑戰(zhàn)，如需要特殊的記錄系統(tǒng)記錄物體的振幅和相位信息，需要空間相干光照明，需要亞微米像素以及如何生成具有真實感的三維全息圖的計算問題等。
全息數(shù)字存儲
在信息爆炸的時代，需要存儲各種海量數(shù)據(jù)，如衛(wèi)星數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)、醫(yī)學數(shù)據(jù)等，信息顯示從二維平面顯示向三維立體顯示邁進，信息的存儲容量也需要2到3個數(shù)量級的提升，在巨大的存儲需求下，全息存儲技術(shù)得到極大的關(guān)注。
據(jù)曹良才介紹，全息存儲是受全息照相的啟發(fā)而研制的，它需要一套高效率的全息照相系統(tǒng)，首先利用一束激光照射晶體內(nèi)部不透明的小方格，記錄成為原始圖案后，再使用一束激光聚焦形成信號源，還需要一束參考激光作為校準，當信號源光束和參考光束在晶體中相遇后，晶體中就會展現(xiàn)出多折射角度的圖案，這樣在晶體中就形成了光柵，一個光柵可以儲存一批數(shù)據(jù)，稱為一頁，由于一個晶體有無數(shù)個面，只要改變激光束的入射角度，就可以在一塊晶體中存儲數(shù)量驚人的數(shù)據(jù)。
曹良才指出，全息存儲可以超越現(xiàn)有的平面位式存儲，是一種三維頁式存儲方式，具有超高存儲密度、超快速和超大容量等特點，全息光盤可達TB量級，數(shù)據(jù)傳輸可達Gbp/s，美國的InPhase公司和日本的Optware公司一直致力于全息存儲技術(shù)領(lǐng)域，尤其是大容量全息光盤的研發(fā)。
在曹良才看來，全息存儲的發(fā)展面臨兩大困難：一是信號的干擾問題，由于全息采用的是用激光曝光光盤上的圖像，然后用物鏡捕捉進行解碼，這樣的工作原理，就導致了全息驅(qū)動器對于光的干涉和其他噪音的干擾非常敏感;二是對震動和溫度特性相當敏感，在全息驅(qū)動器工作時，一點點的震動就會導致全息成像出現(xiàn)偏差。盡管如此，全息存儲技術(shù)也將會在信息量迅猛增長的未來扮演舉足輕重的角色。
全息圖像處理
信息光學是光學技術(shù)和信息技術(shù)的結(jié)合，近幾年來發(fā)展迅速，其中，光學技術(shù)對信息的采集、存儲、傳輸、處理和顯示非常重要，全息圖像處理提供了一種不同于電子計算機的圖像處理方法。
光學相關(guān)器是基于光學相關(guān)的圖像識別技術(shù)，再利用光學透鏡的傅立葉變換性質(zhì)、計算全息濾波器和頻域濾波技術(shù)，實現(xiàn)光學圖像的相關(guān)運算處理。相較電子計算機圖像識別技術(shù)，光學圖像識別技術(shù)具有天然的空間并行性，速度極快，信息容量大，且不受電磁干擾。
體全息相關(guān)器基于超高密度體全息存儲和VLC光學相關(guān)識別技術(shù)，據(jù)曹良才介紹，其最大的特點是存儲器與運算器的一體化，它集中了全息存儲器容量大、通道多、速度快等優(yōu)點和光學相關(guān)器抗干擾性能強、準確率高、實時性好等優(yōu)點，能夠快速多通道并行運算處理，比傳統(tǒng)的光電系統(tǒng)高2個數(shù)量級。
基于體全息相關(guān)器開發(fā)出來的圖像識別、內(nèi)容尋址以及關(guān)聯(lián)讀出等功能具有重大的應(yīng)用價值，適用于人臉識別、指紋識別、自動導航、導彈防衛(wèi)、三維物體識別、內(nèi)容尋址等各種圖像與模式識別領(lǐng)域。
曹良才表示，在全息技術(shù)的發(fā)展推動下，未來可能出現(xiàn)全光信息技術(shù)，信息的產(chǎn)生、處理、傳輸、存儲和顯示都由全光光子器件完成。“信息處理和傳輸速度更快，存儲容量更大，且低碳節(jié)能，因此是一個可持續(xù)發(fā)展的未來。”
下載文檔
