COL封面故事:双镜合璧,提升全息显示扫描性能(2017, Issue 4)

理论上讲,全息显示技术中光传播重构特征能够提供构建三维图像所需的全部三维视觉信息。因此,自全息图实现以来,这一技术一直被广泛看好,它被许多人视为未来三维图像显示的不二之选。

然而,全息显示技术实现应用也面临着一些需要克服的障碍。主要挑战之一便是如何分配来自空间光调制器的大量光信息。当前单个空间光调制器能达到高于10 G 像素每秒的信息率,但所有这些信息需要在空间上均匀地分布,以便根据图像尺寸和视场角拼接成目标视觉范围。通过电流计扫描振镜来传递这些信息受到其自身机械性能的限制,无法满足每秒分配10 G像素或更高速率的信息量的要求。

为了克服这个困难,剑桥大学初大平教授课题组提出了一种扫描式全息显示系统的方案。该方案利用一种共振扫描振镜,与电流计扫描振镜实现互补,从而提高了信息分配能力,满足了大图像尺寸和广视场角的需求。相关研究成果发表在Chinese Optics Letters 2017年第4期上(Jhen-Si Chen, et al., Auxiliary Resonant Scanner to Increase the Scanning Capability for Coarse Integral Holographic Displays)。

该研究工作以疏积分全息显示为例,提出一种共振扫描振镜与两轴电流计扫描振镜相结合,引入另一亚维度扫描的方法。由于该共振扫描振镜的扫描镜尺寸相对较小,可以工作在高速扫描模式,把输入光信息扫描成面积更大但对电流计扫描振镜而言仍然较小的一个区域,以便进一步分配这些信息到一个更大的区域。

利用这种两级扫描结构,可以充分发挥两种扫描振镜各自的优势——共振扫描振镜的高扫描速率和电流计扫描振镜的大扫描镜面,进而有效实现信息的分配。实验结果表明这种方法具有高达每秒分配50 G 像素信息量的潜力。这项工作对于以大图像尺寸、广视场角和全带宽为需求进行疏积分全息显示的研究有着极为重要的价值。

该课题组后续将开展基于辅助共振扫描器的可扩展、可片铺和多系统集成的疏积分三维全息显示的研究工作,以及将辅助共振扫描器具体应用到不同的三维全息显示系统中去。

图片说明:两级扫描方案实现信息高效分配:将一个共振扫描振镜和一个两轴电流计扫描振镜集成在一起,利用前者的高扫描速率和后者的大扫描镜面,可以有效实现信息的分配。(a)两级扫描结构示意图;(b)亚维度扫描原理图(亚垂直颤振扫描线)。