利用空间光调制器实现计算全息三维显示

全息三维显示技术可以提供人眼在观察三维场景时所需的所有深度感，与其他三维显示技术相比,是一种较为理想的三维显示方式，也有着很多技术性的难题。近年来，随着空间光调制器技术的发展，使得计算全息三维显示技术迅速发展，与传统光学全息相比，计算全息显示技术不需要复杂的干涉记录过程,只需有三维场景的数学描述即可进行光学再现。另外，空间光调制器件具有可刷新特性，因此也奠定了动态全息三维显示的基础。本文介绍了计算全息显示技术的基本原理及数理基础，研究了基于纯位相空间光调制器的三维波前重建算法，对三维场景的数字生成，抽样，三维波前的计算以及光学重建等方面进行了深入研究，主要研究内容包括以下几个方面： 1.平行平面之间衍射问题的数值算法，分别利用菲涅尔衍射法和平面波角谱法计算，详细介绍了Matlab程序的算法结构，并且比较了两种算法的优劣，在此基础上介绍了三维全息图复现算法的算法结构及计算实例。 2.根据三维物体的几何特点，分别利用点元法和分层角谱算法计算生成三维全息图，并搭建了实验光路实现三维计算全息显示，实验结果证明上述算法生成的全息图均可以重建出具有深度特征的光学图像，与点元法相比，分层角谱法计算效率提高了200倍左右，而且成像质量没有明显下降。 3. 作为进一步研究，利用分层角谱算法实现了动态全息图的生成，在实验光路中进行实现并记录下了全息三维视频。实验结果表明角谱法具有高效率，高清晰度的特点，可以作为三维视频全息显示的基础算法。