基于可逆非易失性全息三维显示技术研究

In terms of our visual ability, we naturally favor three-dimensional (3D) perception, which demands an advance of display technology from current 2D to 3D ones. The related technological breakthroughs will have significant impacts on science, information technology as well as many industrial applications. Holography is considered as the ultimate technique for true 3D information display due to its capability of capturing and reconstructing full dimensionality of 3D objects. In principle, the holographic technique can overcome inherent limitations of other existing 3D visualization methods. In this project, we will address several key technical issues in true 3D display applications using nonvolatile holography, through interdisciplinary research efforts in optics, materials and nanotechnology. Based on our preliminary study, we will design and improve our innovative liquid-crystal polymer composites. By studying the mechanism of nanoscale enhancement of holographic grating, we will achieve progresses in reversible and nonvolatile holographic technique to solve the technical bottleneck of traditional holographic approaches. The implementation of this proposed project will provide us fundamental principles of related key technologies for successful development of true 3D display system and its related applications.

人类视觉三维感知的本能必促使显示技术从二维过渡到三维，并因此将掀起新的技术革命，其影响深远。由于光全息技术能够同时捕捉、再现物体的完整三维信息，使得其从原理上是一种终极的真三维显示技术，能克服其它非全息显示系统的各种固有缺陷。但可逆全息的易失性和全息材料的局限性等问题，严重阻碍了其进一步应用。本课题将围绕非易失性全息在真三维显示应用中所面临的若干关键问题，从光学、材料以及纳米技术等多学科交叉的角度，展开深入系统的研究。充分利用原有的工作基础，设计并优化新颖液晶聚合物的复合全息材料，通过研究纳米光学增强效应以及全息光栅增强的新机制，实现可逆非易失性全息显示技术，以突破传统全息显示方法的技术瓶颈。光全息是很多衍生的真三维显示技术的基础，本项目的研究将促进真三维显示的技术进步和应用，为真三维显示的开发和应用奠定基本原理和关键技术基础。

本项目研究了光学材料的微观结构对光栅形成机制及其光学特性的增强作用。在实验上构建了全息光栅刻写平台以及飞秒微纳加工平台系统。为了搞清光栅形成机制与纳米尺度材料光学特性的关系，我们研究了各种光学材料的纳米结构与激光相互作用的增强机制。特别是研究了电光晶体材料的光栅结构形成机理，并首次发现一种基于光栅周期结构的超晶格光开关特性。利用电场实现了晶体相变的有效控制，并成功利用激光散射方法来实时地探测晶相的转变过程。基于傅里叶全息和相关成像原理，实现了一种单幅快速穿透散射介质成像技术，并可同时实现对正、负图像，以及透射和反射模式的图像再现。另外，本项目同时也研究了基于各种微纳结构的功能器件及相关应用，包括光纤光栅、光束整形、基于飞秒加工波导器件等。相关研究在光电子器件和信息技术等领域具有非常广泛的应用价值。