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<随心_句子c><随心_句子c><随心_句子c><随心_句子c><随心_句子c>基(ji)於(yu)SLM調(tiao)制(zhi)器(qi)，MIT研(yan)發(fa)高(gao)效(xiao)率(lv)全(quan)息(xi)顯(xian)示(shi)方(fang)案(an)

此(ci)前(qian)，青(qing)亭(ting)網(wang)曾(zeng)報(bao)道(dao)過(guo)NVIDIA、三(san)星(xing)、劍(jian)橋(qiao)大(da)學(xue)等(deng)對(dui)空(kong)間(jian)光(guang)调制器（SLM）全息方案的(de)探(tan)索(suo)。空间光调制器可(ke)调節(jie)光波(bo)的空间分(fen)布(bu)，在(zai)電(dian)驅(qu)動(dong)信(xin)號(hao)控(kong)制下(xia)，可改(gai)變(bian)光在空间中(zhong)傳(chuan)播(bo)的振(zhen)幅(fu)、強(qiang)度(du)、相(xiang)位(wei)、偏(pian)振態(tai)等特(te)性(xing)，從(cong)而(er)形(xing)成(cheng)全息影(ying)像(xiang)。自(zi)动駕(jia)駛(shi)汽(qi)車(che)的LiDAR传感(gan)器也(ye)使(shi)用(yong)了(le)空间光调制器來(lai)進(jin)行(xing)掃(sao)描(miao)，大腦(nao)扫描儀(yi)也使用它(ta)来穿(chuan)透(tou)組(zu)織(zhi)查(zha)看(kan)大脑，好(hao)處(chu)是(shi)成像分辨(bian)率更(geng)高，且(qie)不(bu)受(shou)活(huo)體(ti)组织动态波动噪(zao)聲(sheng)（血(xue)液(ye)流(liu)动）影響(xiang)。

相比(bi)于現(xian)有(you)的機(ji)械(xie)光学方案，空间光调制器对空间成像的速(su)度約(yue)快(kuai)壹(yi)百(bai)萬(wan)倍(bei)。

近(jin)期(qi)，MIT也公(gong)布了一項(xiang)SLM全息研究(jiu)，這(zhe)项新(xin)研究号稱(cheng)可快速控制光束(shu)，速度超(chao)越(yue)以(yi)往(wang)的方案，这意(yi)味(wei)著(zhe)3D显示的延(yan)遲(chi)將(jiang)大大降(jiang)低(di)。

MIT科(ke)研人(ren)員(yuan)表(biao)示： 生(sheng)成獨(du)立(li)的3D全息圖(tu)（無(wu)需(xu)背(bei)板(ban)）需要(yao)能(neng)精(jing)確(que)、快速的控制光，而这超出(chu)了液晶(jing)、微(wei)鏡(jing)等传統(tong)显示技(ji)術(shu)的能力(li)。于是，該(gai)科研團(tuan)隊(dui)經(jing)过四(si)年(nian)多(duo)時(shi)间，解(jie)決(jue)了高速调节光線(xian)的問(wen)題(ti)，並(bing)且設(she)計(ji)了一種(zhong)可編(bian)程(cheng)的无线化(hua)方案，该方案可将光线聚(ju)焦(jiao)在特定(ding)方向(xiang)，還(hai)可以操(cao)控光的强度，从而實(shi)现全息效果(guo)。号称比商(shang)業(ye)设備(bei)要快幾(ji)個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)。

此外(wai)，科研人员还為(wei)这个全息方案創(chuang)建(jian)了配(pei)套(tao)的制造(zao)工(gong)藝(yi)，可保(bao)證(zheng)大規(gui)模(mo)生產(chan)的質(zhi)量。

SLM全息方案原(yuan)理(li)

科研人员表示：自古(gu)以来，如(ru)何(he)控制光是一个反(fan)復(fu)出现的研究課(ke)题，我(wo)們(men)的SLM方案在空间和(he)时间上(shang)都(dou)可以控制光，并且適(shi)用于多种場(chang)景(jing)，进一步(bu)推(tui)动了光学研究发展(zhan)。

原理方面(mian)，由(you)于SLM是一种通(tong)过控制光的发射(she)特性来操縱(zong)光的裝(zhuang)置(zhi)，它的光路(lu)與(yu)高射投(tou)影仪或(huo)计算(suan)机屏(ping)幕(mu)類(lei)似(si)，都是将通过的光束轉(zhuan)变，使其(qi)聚焦在一个方向或将其折(zhe)射到(dao)多个位置，形成全息图像。

在SLM模组內(nei)部(bu)，使用了二(er)維(wei)光调制器，用于控制光线传播。光的波長(chang)只(zhi)有几百納(na)米(mi)，因(yin)此需要高速、精準(zhun)的控制，因此需要密(mi)集(ji)的纳米级控制器陣(zhen)列(lie)。于是，MIT科研人员采(cai)用了一系(xi)列光子(zi)晶体微腔(qiang)/光子晶体諧(xie)振器，它们的特點(dian)是可以在波长範(fan)圍(wei)内儲(chu)存(cun)、操控和发射光。

當(dang)光束进入(ru)SLM空腔时，大约會(hui)停(ting)留(liu)一纳秒(miao)，在这短(duan)暫(zan)的时间内会在内部反彈(dan)约10万次(ci)以上。雖(sui)然(ran)纳秒只有十(shi)億(yi)分之(zhi)一秒，但(dan)这个时间足(zu)以讓(rang)设备精确地(di)操纵光。通过改变空腔的反射率，研究人员可以控制光離(li)開(kai)的路徑(jing)。如果同(tong)时操控整(zheng)个控制器阵列，便(bian)可以调节整个光场，这樣(yang)就(jiu)可以快速、准确的控制光束。

科研人员表示：这个设备的特殊(shu)之处在于，它采用了特殊设计的輻(fu)射模式(shi)，因此光线经过腔内反射後(hou)，都可以聚焦，从而提(ti)升(sheng)整体光学性能。从本(ben)质上来看，这实際(ji)上是一种理想(xiang)的光学天(tian)线。

为了实现这样精密的设计，科研人员还开发了一种新的算法(fa)，用于设计光子晶体器件(jian)，这个器件的作(zuo)用是确保从腔体逸(yi)出的光线都能匯(hui)聚成窄(zhai)光束。

使用光来控制光

據(ju)了解，这项全息方案采用了Micro LED显示屏（LED-on-CMOS）作为光源(yuan)，而这个LED屏幕也能夠(gou)控制LED。LED像素(su)与矽(gui)晶片(pian)上的光子晶体对齊(qi)，因此一个点亮(liang)的LED可调节單(dan)个 微腔。当激(ji)光擊(ji)中激活的微腔时，微腔根(gen)据LED发出的光对激光做(zuo)出不同的响應(ying)。

另(ling)一方面，使用LED控制意味着显示阵列可编程，而且可重(zhong)新配置，并且无线化设计。这相当于一种完(wan)全由光控制的过程，无需金(jin)屬(shu)线来传輸(shu)信号，因此多个设备可以更加(jia)靠(kao)近，不用擔(dan)心(xin)互(hu)相之间吸(xi)收(shou)或幹(gan)擾(rao)，也就是說(shuo)，可擴(kuo)展性好。

在批(pi)量制造方面，科研人员希(xi)望(wang)使用现有的集成电路制造工艺（300毫(hao)米晶圓(yuan)），实现对全息方案的量产。而由于该方案采用微米级空腔，需要将制造誤(wu)差(cha)降低到最(zui)小(xiao)，于是科研人员与美(mei)國(guo)空軍(jun)研究实驗(yan)室(shi)合(he)作，开发了一种高精度的大规模制造工艺，可在12英(ying)寸(cun)的硅晶片上沖(chong)壓(ya)出数十亿个空腔，然后通过后續(xu)处理步驟(zhou)，来确保微腔在相同的波长下工作。

此外，还发明(ming)了一种基于机器視(shi)覺(jiao)的全息修(xiu)整新技术。这个修整过程，指(zhi)的是研究人员将激光照(zhao)射到微腔上，原理是激光将硅加熱(re)到1000攝(she)氏(shi)度以上，形成二氧(yang)化硅或玻(bo)璃(li)。根据这一原理，研究人员创建了一个系统，可以同时用同一束激光轟(hong)击所(suo)有空腔，并添(tian)加一層(ceng)玻璃，以完美对齐共(gong)振，实现空腔振动的自然頻(pin)率。

科研成果

这项技术在空间和时间上几乎(hu)可以完美控制光场，其时空帶(dai)寬(kuan)比现有的SLM技术要大10倍，而更大的带宽和更精确的控制可以快速的传输大量信息，将全息显示与高性能通信系统結(jie)合。

接(jie)下来，科研人员计劃(hua)进一步扩大SLM全息设备的规模，并加入量子控制或超高速传感和成像模组。

据悉(xi)，这项研究受到了美国多家(jia)基金会資(zi)助(zhu)，包(bao)括(kuo)赫(he)茲(zi)基金会、NDSEG 獎(jiang)学金计划、施(shi)密特博(bo)士(shi)后奖、以色(se)列 Vatat 奖学金、美国陸(lu)军研究辦(ban)公室、美国空军研究实验室、英国工程和物(wu)理科学研究委(wei)员会、皇(huang)家工程学院(yuan)等等。參(can)考(kao)：MIT返(fan)回(hui)搜(sou)狐(hu)，查看更多

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