基于超快液晶薄膜的全息三维显示机理及特性研究

Optical holography is a potential three-dimensional (3D) video display technique. Its drawbacks on refresh rate, display size, definition ect., need to be overcome by scientific research. In this project, based on our previous work on real-time holographic video display using a super fast liquid crystal film, the mechanism of holographic recording and reconstruction in the film will be firstly investigated in different wavelength ranges of visible light. A theory on the mechanism of formation and reconstruction of a transient hologram will be built, and the experimental study will be done to validate the theory. According to the theoretical model, the properties in holographic recording and reconstruction will be secondly studied in the film. The factors affecting holographic response, resolution, diffraction efficiency and display lifetime will be found, their relations will be presented, and the method which can improve the properties of holographic display in the film will be obtained. Then, the problems may be solved in combination of a color holographic 3D image by multiple monochromatic images with the writing and reading lasers at multiple wavelengths. This work will focus on multiplexed holographic display using peristrophic multiplexing, angular multiplexing, wavelength multiplexing, spatial multiplexing, and even multiple multiplexing, and a method to realize a large size, high definition, true color holographic video display will be presented using the film. These works should be helpful for the future application of the optical holographic 3D video display, and might be useful to find a way to realize it.

光学全息在三维视频显示领域具有巨大应用前景，但其在刷新频率、显示尺度、清晰度等方面存在缺陷，有待科学研究予以解决。因此，本项目拟在前期实现超快液晶薄膜实时动态全息视频显示的基础上，对可见波段超快液晶薄膜中全息记录与再现机理进行研究：确定不同波长范围薄膜中瞬态全息图记录和再现机制，建立相应理论模型，并进行实验验证；在理论模型指导下，对超快液晶薄膜全息记录与再现特性进行研究：确定影响其全息响应、全息分辨率、衍射效率及全息显示寿命的因素和作用机理，提出平衡各矛盾因素、改善薄膜全息显示特性的科学方法；探索解决多波长读\写实现多色合成彩色全息立体图像中存在的问题：重点对旋转复用、角度复用、波长复用、空间复用及混合复用全息多重显示进行研究，提出利用超快液晶薄膜实现大尺寸、高清晰、真彩色全息三维视频显示的解决途径。希望本项目工作可以为未来光学全息三维视频显示应用提供一种有效的技术方法。

本项目涉及全息真三维显示介质的关键显示机理和特性研究。全息真三维显示被认为是未来终极显示技术，具有巨大应用前景，但其在刷新频率、显示尺度、清晰度等方面存在缺陷，有待科学研究予以解决。因此，本项目在前期实现超快液晶薄膜实时动态全息视频显示的基础上，对可见波段超快液晶薄膜中全息记录与再现机理进行了研究：确定了不同波长范围薄膜中瞬态全息图记录和再现机制，建立相应理论模型，并进行了实验验证；在理论模型指导下，对超快液晶薄膜全息记录与再现特性进行了研究：确定影响其全息响应、全息分辨率、衍射效率及全息显示寿命的因素和作用机理，提出平衡各矛盾因素、改善薄膜全息显示特性的科学方法；探索解决多波长读\写实现多色合成彩色全息立体图像中存在的问题：重点对旋转复用、角度复用、波长复用、空间复用及混合复用全息多重显示进行研究，提出利用超快液晶薄膜实现大尺寸、高清晰、真彩色全息三维视频显示的解决途径。除了完成了申请书的研究工作，本人还开展了全息图写入系统研究，将计算全息技术与双光束干涉和全息图单光束直写技术分别结合，用于全息三维显示器的信息写入，并在所研究介质中实现了全息图记录和再现，尤其全息图单光束直写技术的成功，意味着未来全息真三维电视等显示器可以不用两个光束精确干涉来加载全息图（此系统对环境振动屏蔽要求较高），只要一束全息调制的写入光就可为全息显示屏加载上全息图，为未来全息真三维显示器在家庭和一般场合（无需屏蔽环境振动）应用奠定了重要基础。并且，通过这4年的努力，新开发出5种实时动态全息三维显示屏材料，并对它们的性能进行了初步的研究，获得重要的基础数据。通过4年的研究，不仅完成了原计划对超快全息液晶显示机理和特性的研究，还在全息三维显示器软件（计算全息）、硬件（全息图信息加载系统）及新全息显示材料开发等方面取得了一定进展，为未来裸眼真三维显示研究及应用做出了贡献。