當下，全息技術在醫學影像學、工程設計以及娛樂領域等方面已經有了一定的應用，但要實現更廣泛的應用仍需克服一些挑戰。例如，高成本是制約全息技術廣泛應用的一個重要因素，需要進一步降低設備價格以及製作成本。此外，全息圖像的製作過程需要較高的技術水平和專業知識，對操作人員的要求也較高，因此需要簡化製作流程，提高設備的易用性和穩定性。隨著技術的不斷進步和應用經驗的積累，相信全息技術將會迎來更廣泛的應用，為人類帶來更多的科技奇蹟和生活便利。
全息技術：解密未來的奇蹟
文/陳思進
3D全息呈現的機械臂，可以模擬真正的機械臂工作。 視覺中國供圖
在之前的《隱形技術從何而來》（首發於《科普時報》2024年03月29日第6版）一文中，提到了隱身技術作為人類技術和想像力的結晶，既神秘又充滿著無限可能。從軍事應用到科幻作品，隱身技術都以其獨特的魅力吸引著人們的關注。然而，隨著科技的不斷發展，例如利用等離子體光子、納米技術，甚至全息圖等手段，我們或許將有機會親眼目睹這一神秘技術的更多奇蹟。在這其中提到了全息圖。而電影《流浪地球》中的3D穿越其實就是物理學家加來道雄在《平行宇宙》一書中解釋的平行宇宙的「全息傳真」。
去年，中國科學技術大學與國內外同行合作，提出一種超高密度3D全息投影的新方法，研究成果發表在國際學術期刊《光學》。研究團隊將光散射引入到三維全息投影技術中，同時克服了傳統全息投影技術深度調控的兩個瓶頸問題，實現了超高密度的三維動態全息投影。
最近，東京大學的一個研究小組在 Optica 出版集團的《光學快報》（Optics Letters）雜誌上，也介紹了他們基於計算機生成全息技術（CGH）的新方法。得益於他們開發的一種新演算法，他們只需使用一部 iPhone 和一種名為空間光調製器的光學元件，就能再現由兩個全息層組成的三維彩色圖像。無論增強現實和虛擬現實顯示器是用於遊戲、教育還是其他應用，結合 3D 顯示器都能創造出更加逼真和互動的用戶體驗。
圖片來源：東京大學 Ryoichi Horisaki
接下來，就聊一下全息技術。
全息技術，即全息成像技術，是一種利用光的干涉和衍射原理來記錄並再現物體三維圖像的技術。與傳統的平面攝影或電視圖像不同，全息圖像可以在觀察者的視覺範圍內呈現出立體感，就像物體本身一樣。這項技術不僅在科學研究、醫學影像學和工程設計等領域有著廣泛的應用，還被廣泛運用於娛樂、教育和藝術等領域。
全息技術的核心原理是光的干涉和衍射。當激光光束照射到物體表面時，光線會被物體的表面所反射、散射，形成一種特殊的波前。這些波前與主波前相干疊加，形成了一種複雜的干涉圖樣。利用適當的記錄介質，可以將這種干涉圖樣記錄下來，形成全息圖像。當觀察者使用適當的光源和視角觀看時，這些記錄下來的干涉圖樣會被重新激發，從而再現出物體的立體圖像。
然而，要實現高質量的全息圖像並不容易。首先，需要穩定的激光光源和高質量的光學元件來保證光束的穩定性和均勻性。其次，需要高解析度的記錄介質來記錄和保存複雜的干涉圖樣。目前，常用的記錄介質包括銀鹽片、光致變色玻璃和光致聚合物等。此外，為了獲得更好的全息圖像效果，還需要精確控制光源的波長、強度和相位，以及觀察者的視角和觀察條件等因素。
儘管全息技術在理論上已經相對成熟，但在實際應用中仍然面臨著一些挑戰。首先，高成本是制約全息技術廣泛應用的一個重要因素。目前，全息圖像的製作成本仍然較高，主要是由於激光器、光學元件和記錄介質等設備的價格昂貴。其次，全息圖像的製作過程需要較高的技術水平和專業知識，對操作人員的要求較高。因此，需要進一步降低全息技術的製作成本，簡化製作流程，提高設備的易用性和穩定性，才能更廣泛地推廣和應用這項技術。
儘管如此，隨著科技的不斷進步和全息技術的不斷發展，我們對全息技術的應用前景充滿信心。未來，全息技術有望在醫學影像學、工程設計、虛擬現實和增強現實等領域發揮更加重要的作用。例如，利用全息技術可以實現更真實的醫學影像和手術模擬，提高醫療診斷和治療的準確性和效率；可以實現更逼真的虛擬現實和增強現實體驗，提高遊戲、娛樂和教育的體驗效果。因此，我們有理由相信，全息技術將會成為未來科技發展的重要驅動力之一，為人類帶來更多的科技奇蹟和生活便利。
2024年04月14日寫於多倫多安大略湖畔
（思進註：除註明作者之外，所有文章皆為思進原創。原創文章，謝絕未保留作者相關信息的任何形式的轉載。【免責聲明】本文僅代表原作者個人的論述和觀點，敬請讀者自行判斷。內容或者數據僅供參考，不構成任何具體投資建議、不作任何商業用途、更不對其真實性負責。投資者據此操作，風險自擔。）
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