De potentiella tillämpningarna av tredimensionella (3D) digitala hologram är enorma. Förutom konst och underhållning, olika områden inklusive biomedicinsk avbildning, vetenskaplig visualisering, ingenjörsdesign, och bildskärmar kan dra nytta av denna teknik. Till exempel, att skapa fullstora organ för 3D-analys av läkare kan vara till hjälp, men det förblev en utmaning på grund av begränsningen av hologramgenereringstekniker.

Ett forskarlag under ledning av professor YongKeun Park vid fysikavdelningen vid Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) har kommit fram till en lösning och utvecklat en 3D-holografisk display som utför mer än 2, 600 gånger bättre än befintliga holografiska 3D-skärmar. Denna studie förväntas förbättra den begränsade storleken och betraktningsvinkeln för 3D-bilder, vilket var ett stort problem med de nuvarande holografiska displayerna. Studien publicerades online i Nature Photonics den 23 januari, 2017.

3D hologram, som ofta förekommer i science fiction-filmer, är en bekant teknik för allmänheten, men hologram i filmer skapas med datorgrafiska effekter. Metoder för att skapa äkta 3D-hologram studeras fortfarande i laboratoriet. Till exempel, på grund av svårigheten att generera riktiga 3D-bilder, nyare virtuell verklighet (VR) och förstärkt verklighet (AR)-enheter projicerar två olika tvådimensionella (2D) bilder på en tittare för att framkalla optiska illusioner.

För att skapa ett 3D-hologram som kan ses utan specialutrustning som 3D-glasögon, ljusets vågfront måste styras med hjälp av vågfrontsmodulatorer som spatiala ljusmodulatorer (SLM) och deformerbara speglar (DM). En vågfrontsmodulator är en optisk manipuleringsanordning som kan styra ljusets utbredningsriktning.

Dock, den största begränsningen för att använda dessa modulatorer som 3D-skärmar är antalet pixlar. Det stora antalet pixlar som är packade i högupplösta skärmar som utvecklats under de senaste åren är lämpliga för en 2D-bild, och mängden information som finns i dessa pixlar kan inte producera en 3D-bild. Av denna anledning, en 3D-bild som kan göras med befintlig vågfrontsmodulatorteknik är 1 cm stor med en smal betraktningsvinkel på 3 grader, vilket är långt ifrån genomförbart.

Som ett alternativ, KAIST-forskare använde en DM och lade till två på varandra följande holografiska diffusorer för att sprida ljus. Genom att sprida ljus i många riktningar, detta möjliggör en bredare betraktningsvinkel och större bild, men resulterar i volymfläckfält, som orsakas av interferens av flera spridda ljus. Slumpmässiga volymfläckfält kan inte användas för att visa 3D-bilder.

För att åtgärda problemet, forskarna använde en vågfrontsformande teknik för att kontrollera fälten. Som ett resultat, de lyckades producera en förbättrad 3D holografisk bild med en betraktningsvinkel på 35 grader i en volym på 2 cm i längd, bredd, och höjd. Detta gav en prestation som var cirka 2, 600 gånger starkare än den ursprungliga bilddefinitionen som genererades när de använde en DM utan diffusor.

Professor Park sa, "Ljusspridning har tidigare antagits störa igenkänningen av föremål, men vi har visat att nuvarande 3D-skärmar kan förbättras avsevärt med en ökad betraktningsvinkel och bildstorlek genom att korrekt kontrollera det spridda ljuset."

Hyeonseung Yu, vem är huvudförfattare till denna forskningsartikel och doktorand vid institutionen för fysik, KAIST, noterade att denna teknik signalerar en bra start för att utveckla en praktisk modell för dynamiska 3D-hologramskärmar som kan avnjutas utan behov av speciella glasögon. "Det här tillvägagångssättet kan också tillämpas på AR- och VR-teknik för att förbättra bildupplösningen och betraktningsvinklarna, " tillade Yu.