Le CGH holographique computationnel est présenté en détail

Premièrement, le principe de base de l’holographie computationnelle

Le principe de base de l'holographie informatique consiste à utiliser un ordinateur pour résoudre la phase ou l'amplitude de la lumière, à générer un hologramme numérique, puis à moduler la phase ou l'amplitude de la lumière via des modulateurs optiques tels que le Spatial Light Modulator (SLM), et enfin à utiliser une lumière cohérente pour irradier le SLM. Un champ lumineux rafraîchissant est généré pour former une image holographique 3D dynamique.

Différente de la génération d’hologrammes traditionnelle, l’holographie informatique ne nécessite pas que deux faisceaux de lumière soient physiquement cohérents, simplifiant ainsi le processus de génération d’hologrammes. Cependant, la génération de haute précision d’hologrammes informatiques se heurte encore à de nombreux défis, tels que la grande quantité de calculs, les exigences élevées en matière de puissance de calcul, ainsi que les limites de résolution et de taille des modulateurs spatiaux de lumière.

Deuxièmement, la technologie clé de l’holographie computationnelle

Algorithme d'optimisation d'hologramme

La génération de haute précision d'hologrammes informatiques dépend d'algorithmes d'optimisation. L’optimisation des hologrammes étant essentiellement un problème inverse mal conditionné, elle est généralement résolue à l’aide d’algorithmes d’optimisation non convexes. La sélection et le paramétrage de l'algorithme d'optimisation affecteront directement la qualité et l'efficacité informatique de la génération d'hologrammes.

Les cadres d'optimisation courants incluent une méthode de projection alternative et une méthode de descente de gradient. La méthode de projection alternative trouve la solution optimale satisfaisant les contraintes de deux ensembles fermés par projection alternative entre deux ensembles fermés. La méthode de descente de gradient détermine la direction du déclin de la fonction de perte grâce au calcul du gradient, de manière à trouver la solution optimale satisfaisant les conditions de contrainte.

Modulateur de lumière spatial

Le modulateur spatial de lumière est un dispositif clé de l’holographie informatique, capable de convertir des hologrammes numérisés en modulation de champ lumineux. Actuellement, la plupart des systèmes holographiques informatiques reposent sur des dispositifs de projection tels que SLM ou Digital Micromirror Device (DMD). Cependant, ces dispositifs présentent des limitations inhérentes en termes de performances d'affichage, telles qu'un angle de champ de vision trop petit et une diffraction multi-ordres.

Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs explorent l’holographie basée sur les métasurfaces. Metasurface peut introduire des mutations dans les propriétés de base des ondes électromagnétiques, telles que l'amplitude et la phase, et réaliser de nombreux effets de modulation difficiles à obtenir dans les dispositifs de modulation traditionnels. L'holographie basée sur les métasurfaces a fait de grands progrès dans les domaines du grand champ de vision, de l'imagerie sans couleur, de l'affichage couleur, de l'expansion de la capacité d'information, du multiplexage multidimensionnel, etc.

Dynamiqueholographiqueafficher

L’affichage holographique dynamique est un domaine d’application important de l’holographie computationnelle. Le système d'affichage holographique traditionnel présente souvent des problèmes de calcul volumineux et de faible fréquence d'images d'affichage, ce qui limite son application dans les affichages avancés tels que l'interaction homme-machine avancée. Afin de réaliser un affichage holographique dynamique avec une grande fluidité, les chercheurs explorent des méthodes efficaces de génération d’hologrammes informatiques et des techniques d’affichage.

Par exemple, une équipe du Centre national de recherche en optoélectronique de Wuhan de l’Université des sciences et technologies de Huazhong a proposé une technologie d’holographie métasurface interbit dynamique (Bit-MH) avec des fréquences d’images de calcul et d’affichage élevées. La technique permet d'obtenir un rafraîchissement dynamique efficace et une interaction en temps réel en divisant la fonction d'affichage de la métasurface en différentes régions spatiales (c'est-à-dire des canaux spatiaux) et en projetant un motif sous-holographique reconstruit dans chaque canal.

3. Domaines d'application deholographie computationnelle

Affichage tridimensionnel

L'holographie computationnelle a de larges perspectives d'application dans le domaine de l'affichage 3D. Grâce aux hologrammes générés par ordinateur, une modulation de front d’onde de haute précision peut être obtenue pour générer des scènes tridimensionnelles avec une impression continue de profondeur. Cette technologie peut non seulement être utilisée dans le domaine du divertissement et des jeux, mais également dans les domaines de l'éducation, de la formation, de la médecine et dans d'autres domaines pour offrir une expérience visuelle tridimensionnelle plus réaliste et intuitive.

Stockage et traitement optique des informations

L'holographie computationnelle peut également être utilisée pour le stockage et le traitement optiques d'informations. En générant des hologrammes numériques, les informations peuvent être stockées dans le support sous forme de champ lumineux pour obtenir un stockage et une lecture d'informations à haute densité et à grande vitesse. En outre, l’holographie informatique peut également être utilisée dans des domaines tels que le cryptage optique et la lutte contre la contrefaçon pour améliorer la sécurité et la fiabilité des informations.

Réalité augmentée et réalité virtuelle

L'holographie computationnelle a également des applications potentielles dans le domaine de la réalité augmentée (AR) et de la réalité virtuelle (VR). En générant des images holographiques tridimensionnelles réalistes, une interaction naturelle et des expériences immersives dans les systèmes AR et VR peuvent être obtenues. Par exemple, dans les systèmes AR, la technologie d'holographie informatique permet aux utilisateurs de se concentrer naturellement sur le contenu affiché à plusieurs profondeurs du plan, résolvant ainsi le problème d'ajustement des conflits de convergence visuelle (VAC) et améliorant le confort de l'utilisateur.

Usinage laser et conception de métasurfaces

Holographie computationnellepeut également être utilisé dans des domaines tels que le traitement laser et la conception de métasurfaces. En générant des hologrammes de haute précision, un contrôle précis du faisceau laser peut être obtenu, ainsi qu'un traitement laser et une fabrication micro-nano de haute précision. En outre, l’holographie informatique peut également être utilisée pour la conception et l’optimisation de métasurfaces afin d’obtenir des effets de modulation d’ondes électromagnétiques plus complexes et plus efficaces.

Quatrièmement, la tendance de développement et le défi de l'holographie computationnelle

Avec le développement continu de la technologie informatique et l’innovation continue des dispositifs optiques, la technologie de l’holographie computationnelle réalise constamment de nouveaux progrès et percées. Cependant, l'holographie computationnelle est encore confrontée à de nombreux défis et problèmes, tels qu'une grande quantité de calcul, une puissance de calcul élevée, une résolution et une taille limitée du modulateur spatial de lumière. Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs explorent de nouveaux algorithmes et techniques, tels que les méthodes de génération d'hologrammes basées sur l'apprentissage profond, l'holographie basée sur les métasurfaces, etc.

À l’avenir, la technologie de l’holographie informatique devrait être appliquée et popularisée dans davantage de domaines. Par exemple, dans le système d'affichage HUD du véhicule, la technologie holographique informatique peut réaliser une navigation 3D et un affichage d'informations plus réalistes et intuitifs ; Dans le domaine médical, la technologie holographique informatique peut être utilisée dans des domaines tels que la navigation chirurgicale et la télémédecine pour améliorer le niveau et l'efficacité médicaux.

En bref,holographie computationnelle, en tant que technologie au potentiel de transformation, favorise constamment le développement de l’optique et des sciences de l’information. Avec les progrès continus de la technologie et l’expansion continue des domaines d’application, l’holographie informatique devrait réaliser des percées et des innovations dans davantage de domaines, apportant plus de commodité et de surprises à l’humanité.