基于单片空间光调制器的大视角彩色全息3D显示技术研究

Holography is considered to be the ultimate solution for 3D display, because it can provide realistic 3D perception and solve the dizziness and fatigue symptoms caused by the traditional 3D display technology. Recently, the dynamic holographic display usually relies on computer to generate hologram and spatial light modulator to modulate the light source for reconstruction. While, the narrow viewing angle and the complex full-color display system are still far away from human satisfaction due to the immature technology. Thus, this project proposes a research topic for full-color holographic 3D display with wide viewing angle based on single spatial light modulator (SLM). By using time-multiplexing scheme, a multi-SLMs array structure can be achieved using lightweight volume holographic optical element, which can increase the resolution of the SLM for wide viewing-angle display on single SLM. By taking full use of the color dispersion property of diffraction grating acted by hologram, the full-color holographic 3D display system can be reduced in size by using single SLM. Combining with the viewing-angle increasing scheme, a full-color holographic 3D display system with wide viewing-angle based on single SLM can be realized, which can provide new ideas for holographic application.

全息技术因其可以提供逼真的3D显示效果，能够解决传统3D显示中出现的眩晕和视疲劳问题，被认为是3D显示的理想解决方案。现阶段动态全息显示技术通常需要借助计算机来生成全息图和借助空间光调制器来对输入光调制进而重建出3D场景，然而现阶段全息3D显示技术的可视角度小以及实现彩色显示的系统复杂，难以满足实际需求。为此，根据前期研究基础，本项目通过研究时分复用机制，建立多空间光调制器阵列复用模型，采用轻量化的体全息光学器件虚拟增加空间光调制器的分辨率，实现基于单片空间光调制器的大视角显示；通过充分利用全息图作为衍射光栅的色散效应，阐明全息图色模糊现象与彩色显示之间的关系，在单片空间光调制器上实现彩色3D显示，结合增大全息显示可视角度的研究，缩减3D显示系统的体积，最终在单片空间光调制器上实现大视角的彩色全息3D显示，为解决现阶段全息显示技术存在的问题提供参考。

全息三维显示技术因其可以重建出完整的光波前信息，被认为是3D显示的理想技术。然而当前的全息三维显示技术存在视场小以及实现彩色显示系统复杂等问题，难以满足实际需求。本项目针对上述问题，开展了基于单片空间光调制器的大师叫彩色全息3D显示技术的研究，主要研究成果为：1. 建立了多波长输入光下全息图色模糊模型，利用单片空间光调制器提出了基于色散补偿的彩色全息3D显示系统，缩小了彩色全息显示系统体积；2. 探究了体全息光学元件制备工艺，提出了一种高精度的体全息光学元件转印制备方法，提升了体全息光学元件制备成功率；3. 揭示了可视角度与全息图空间带宽积之间的理论关系，充分利用频分复用技术提出了基于单片空间光调制器的双目彩色全息3D显示系统，将基于单片空间光调制器全息显示单目视角扩展至双目。项目组截至目前公开发表学术论文6篇，申请发明专利3项，培养研究生5名。