光影交错间，全息技术是如何一步步发展成今天这样的？

普通的光学显微镜无法读取被观察物体的三维信息，而数字全息显微镜可以在计算机中重建物体的3D模型，方便研究。

人类对便捷的追求是无止境的。在使用感光器件替代全息干板之后，科学家又想到，既然光学计算理论已经足够成熟，计算机的计算能力也越来越强大，何必还需要拍摄的过程呢？所以计算全息术应运而生。

所谓计算全息，其实就是抛开了干涉图的记录过程，直接将光场分布使用计算机通过数学运算计算出来。这样做有一个巨大的好处，那就是可以实现任意物体的全息显示，即便这个物体在现实中并不存在。因此许多产品的防伪标识都可以使用这种方式来实现。

具体到3D显示，物体复现有许多方法，这里简单介绍三种。

（1）空间光调制器（SLM）

关于SLM来做全息显示，之前在另一个问题中我曾经讲过。图中亮晶晶那一小块就是SLM工作区域，上面分布着微米量级的像素点，每个像素点都可以提供独立的相位调制，也有一些SLM可以实现振幅的调制。

将计算出来的全息图加载到这上面，然后使用参考光束照射，就可以复现出立体图像。下图是使用SLM实现的。

SLM由于像素点尺寸比光波长大很多，显示的物体大小很受限制。但是由于SLM每个单元像素都可以实现独立调整，所以很适合进行动态显示。

（2）超表面（metasurface）全息

超表面是近年来的研究热点，有各种各样的形貌。例如用于全息显示的超表面是由一系列的微纳结构实现的，这些微纳结构有着不同的尺寸或者转角，可以对光场进行振幅和相位的调制。经过计算编码，将微纳结构按照需求排布成全息图，替代全息干板的作用。

上图来自于2013年发表在权威刊物Nature Communications上的一篇文章，通过超表面实现了一个飞机图像的3D显示。

超表面全息一大优势在于单元像素点尺寸小于波长，因此可以实现放大很多倍的图像显示。

（3）打印全息图

zebra imaging等公司将数字化场景计算出的全息图通过特殊的打印技术打印到感光物质上，就可以得到近似于传统全息术的显示效果，非常震撼。

相关的视频请见：Zebra Imaging

这项技术可以帮助工程师实时观察物体细节、城市街道状况等，但是无法实现动态显示，而且价格不菲。

总结一下，全息术最核心的是需要有记录物体相位的全息图，可以通过衍射过程再现物体。这个全息图可以通过干涉方法、利用干板记录，也可以是利用CCD/CMOS记录，甚至可以是通过计算机数学运算得到。若是没有全息图的存在，严格意义上来说，就不能够称之为全息显示。

不过正如前文提到的，3D显示范围很广，许多其他的技术同样很优秀，以后有机会再为大家一一介绍。

（编辑：云计算网_泰州站长网）

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