Beräkningsholografisk CGH

Först, tekniska principer

Kärnan i beräkningsholografi är att generera hologram som kan modulera optisk vågfront med datoralgoritm. Dessa hologram rekonstrueras i ett optiskt system för att generera en användardefinierad vågfront, som i sin tur bildar den önskade bilden eller ljusfältet. I denna process är genereringen av hologram nyckeln, som bestämmer kvaliteten och noggrannheten hos den slutliga rekonstruerade bilden.

2. Omvänd problem- och lösningsmetod

Omvänt problem:

I beräkningsholografi är att lösa ett hologram från en given objekt-ljusvågfrontsintensitetsfördelning ett omvänt problem som begränsas av fysiska och hårdvaruförhållanden.

Problemet är patologiskt till sin natur, eftersom ett hologram som strikt uppfyller alla begränsningar och kan rekonstruera en artificiellt definierad intensitetsfördelning inte nödvändigtvis är verkligt.

Lösningsmetod:

Icke-konvexa optimeringsalgoritmer: Denna klass av algoritmer används i stor utsträckning för att omvandla dåligt konditionerade inversa problem till optimala värdelösande problem. Lösningens noggrannhet beror på begränsningar, optimeringsramverk och initialiseringsförhållanden.

Begränsningsvillkor inkluderar intensitetsfördelningsbegränsning för rekonstruerad vågfront, begränsad utbredningsbandbreddsbegränsning, begränsad rumslig skalabegränsning för hologram och unik intensitetsbegränsning för fashologram.

Optimeringsram: bestämmer sökvägen för den optimala lösningen av det omvända problemet. Vanligt använda optimeringsramverk inkluderar alternativa metoder för projektion och gradientnedstigning (som stegvis nedstigning och andra ordningens gradientnedstigning).

Initialiseringsvillkor: I det icke-konvexa optimeringsscenariot för beräkningsholografi hänvisar det vanligtvis till den initiala definitionen av objektets optiska vågfrontsfas. Den olika fasen av det initiala sammansatta ljuset har stor inverkan på den slutliga konvergenspunkten.

3. Ansökan och framsteg

Applikationer:

Beräkningsholografi har ett brett utbud av applikationer inom virtuell verklighet och förstärkt verklighet, head-up display, datakryptering, laserbehandling och metasytdesign.

Speciellt inom området nära-ögonvisning ger beräkningsholografisk teknologi möjligheten att uppnå bildvisning av hög kvalitet och högupplöst bild.

Framsteg:

Under de senaste åren, med den kontinuerliga förbättringen av optimeringsalgoritmer och förbättringen av datorprestanda, har noggrannheten och effektiviteten av beräkningshologramrekonstruktion förbättrats avsevärt.

Forskare undersöker också nya hologramgenereringsmetoder och optimeringsstrategier för att ytterligare utöka tillämpningsområdet för beräkningsholografi och förbättra dess prestanda.

Iv. Utmaningar och framtidsutsikter

Utmaning:

Trots de anmärkningsvärda framstegen inom beräkningsholografiteknik finns det fortfarande vissa utmaningar. Till exempel, hur man ytterligare kan förbättra noggrannheten och effektiviteten av hologramrekonstruktion, och hur man löser fläckproblemet som introduceras av en koherent ljuskälla.

Framtidsutsikter:

Med fördjupningen av korsforskningen mellan optik och datavetenskap, tror man att mer innovativa teknologier och metoder kommer att tillämpas på området beräkningsholografi i framtiden.

Dessa nya teknologier och metoder kommer ytterligare att främja utvecklingen av beräkningsholografiteknik och göra att den spelar en viktig roll inom fler områden.

Sammanfattningsvis är beräkningsholografi en teknik med breda tillämpningsmöjligheter och viktigt forskningsvärde. Genom kontinuerlig utforskning och innovation tror man att beräkningsholografisk teknologi kommer att uppnå genombrott och tillämpningar inom fler områden i framtiden.