当下，全息技术在医学影像学、工程设计以及娱乐领域等方面已经有了一定的应用，但要实现更广泛的应用仍需克服一些挑战。例如，高成本是制约全息技术广泛应用的一个重要因素，需要进一步降低设备价格以及制作成本。此外，全息图像的制作过程需要较高的技术水平和专业知识，对操作人员的要求也较高，因此需要简化制作流程，提高设备的易用性和稳定性。随着技术的不断进步和应用经验的积累，相信全息技术将会迎来更广泛的应用，为人类带来更多的科技奇迹和生活便利。
全息技术：解密未来的奇迹
文/陈思进
3D全息呈现的机械臂，可以模拟真正的机械臂工作。 视觉中国供图
在之前的《隐形技术从何而来》（首发于《科普时报》2024年03月29日第6版）一文中，提到了隐身技术作为人类技术和想象力的结晶，既神秘又充满着无限可能。从军事应用到科幻作品，隐身技术都以其独特的魅力吸引着人们的关注。然而，随着科技的不断发展，例如利用等离子体光子、纳米技术，甚至全息图等手段，我们或许将有机会亲眼目睹这一神秘技术的更多奇迹。在这其中提到了全息图。而电影《流浪地球》中的3D穿越其实就是物理学家加来道雄在《平行宇宙》一书中解释的平行宇宙的“全息传真”。
去年，中国科学技术大学与国内外同行合作，提出一种超高密度3D全息投影的新方法，研究成果发表在国际学术期刊《光学》。研究团队将光散射引入到三维全息投影技术中，同时克服了传统全息投影技术深度调控的两个瓶颈问题，实现了超高密度的三维动态全息投影。
最近，东京大学的一个研究小组在 Optica 出版集团的《光学快报》（Optics Letters）杂志上，也介绍了他们基于计算机生成全息技术（CGH）的新方法。得益于他们开发的一种新算法，他们只需使用一部 iPhone 和一种名为空间光调制器的光学元件，就能再现由两个全息层组成的三维彩色图像。无论增强现实和虚拟现实显示器是用于游戏、教育还是其他应用，结合 3D 显示器都能创造出更加逼真和互动的用户体验。
图片来源：东京大学 Ryoichi Horisaki
接下来，就聊一下全息技术。
全息技术，即全息成像技术，是一种利用光的干涉和衍射原理来记录并再现物体三维图像的技术。与传统的平面摄影或电视图像不同，全息图像可以在观察者的视觉范围内呈现出立体感，就像物体本身一样。这项技术不仅在科学研究、医学影像学和工程设计等领域有着广泛的应用，还被广泛运用于娱乐、教育和艺术等领域。
全息技术的核心原理是光的干涉和衍射。当激光光束照射到物体表面时，光线会被物体的表面所反射、散射，形成一种特殊的波前。这些波前与主波前相干叠加，形成了一种复杂的干涉图样。利用适当的记录介质，可以将这种干涉图样记录下来，形成全息图像。当观察者使用适当的光源和视角观看时，这些记录下来的干涉图样会被重新激发，从而再现出物体的立体图像。
然而，要实现高质量的全息图像并不容易。首先，需要稳定的激光光源和高质量的光学元件来保证光束的稳定性和均匀性。其次，需要高分辨率的记录介质来记录和保存复杂的干涉图样。目前，常用的记录介质包括银盐片、光致变色玻璃和光致聚合物等。此外，为了获得更好的全息图像效果，还需要精确控制光源的波长、强度和相位，以及观察者的视角和观察条件等因素。
尽管全息技术在理论上已经相对成熟，但在实际应用中仍然面临着一些挑战。首先，高成本是制约全息技术广泛应用的一个重要因素。目前，全息图像的制作成本仍然较高，主要是由于激光器、光学元件和记录介质等设备的价格昂贵。其次，全息图像的制作过程需要较高的技术水平和专业知识，对操作人员的要求较高。因此，需要进一步降低全息技术的制作成本，简化制作流程，提高设备的易用性和稳定性，才能更广泛地推广和应用这项技术。
尽管如此，随着科技的不断进步和全息技术的不断发展，我们对全息技术的应用前景充满信心。未来，全息技术有望在医学影像学、工程设计、虚拟现实和增强现实等领域发挥更加重要的作用。例如，利用全息技术可以实现更真实的医学影像和手术模拟，提高医疗诊断和治疗的准确性和效率；可以实现更逼真的虚拟现实和增强现实体验，提高游戏、娱乐和教育的体验效果。因此，我们有理由相信，全息技术将会成为未来科技发展的重要驱动力之一，为人类带来更多的科技奇迹和生活便利。
2024年04月14日写于多伦多安大略湖畔
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