話題：全息技術
三維顯示時代的來臨和網際網路的持續升級，使得信息呈幾何級數暴漲，下一代網際網路（IPv6）、物聯網、雲計算和雲存儲等新型信息技術的發展對數據存儲和顯示提出了新的挑戰，超大容量數據存儲和超高解析度圖像顯示已成為目前信息技術面臨的最大挑戰。對於這些問題，全息技術有可能提供解決之道。
1961年，雷射被發明後，全息照相得到實際應用。全息照相利用光的幹涉原理和特殊的感光材料，精確記錄被攝物體發射或透射光波強度和相位信息，從而獲得真實的立體圖像。
全息照相再現的是一個精確複製的物光波，當我們「看」這個物光波時，可以從各個視角觀察到再現立體像的不同側面，猶如看到逼真物體一樣，具有景深和視差。用高倍顯微鏡觀看全息圖表面，看到的是複雜的條紋，絲毫看不到物體的形象，這些條紋是利用雷射照明的物體所發出的物光波與參考光波幹涉，在平面感光底板上被記錄形成的，即用編碼方法把物光波「凍結」起來。
清華大學精密儀器系副研究員曹良才指出，全息技術具有非常優越的波前和位相操控能力，現已應用在許多方面，如全息防偽、全息掃面準鏡、商業顯示等，且擁有更廣闊的應用前景。
全息三維顯示
2009 年末3D 電影《阿凡達》上映。2011 年總共發行約20 部3D 好萊塢電影。2011 年3D 電視機市場井噴增長近500％，預計到2015 年，家庭購買3D 電視機數量將超過3 億臺。在巨大的市場推動和需求牽引下，歐美國家和日、韓等國政府及研究機構對三維存儲技術和顯示技術的基礎研究也急劇升溫，新的材料、器件、方法與系統在近兩年不斷突破和問世。
曹良才指出，根據全息顯示採用的光波調製器件的工作原理，全息顯示可分為兩類，一類是通過電壓驅動對光波調製器件寫入信號，對光的復振幅進行調製，如聲光調製器、數字微反射鏡、矽基液晶等空間光調製器。一類是在全息材料中通過光學方式寫入波前信息，產生全息像元，由全息像元組成的陣列對光進行復振幅調製，如聚合物光折變材料、光折變晶體、光致變色材料等。
在下一代顯示技術中，全息技術是熱點，且已得到迅速發展。2008 年和2010 年，Nature雜誌先後兩次發表了美國亞利桑那大學的S. Tay等人在全息三維實時顯示領域取得的進展，可以對真實三維物體進行實時動態刷新顯示，該項技術有望在遠程數字醫療和數位化國防技術上得到應用。2011 年，Science發表了東京電機大學和大阪大學的S. Kawata等人利用表面等離子共振克服全息單色顯示局限的研究，他們在玻璃基底的平面全息材料表面覆蓋一層金屬薄膜，實現了真彩色的3D 數字全息圖像的存儲與再現。
曹良才表示，全息三維顯示可以同時顯示物體的振幅和相位信息，是具有真實感的下一代真三維顯示技術，但它也面臨著一些挑戰，如需要特殊的記錄系統記錄物體的振幅和相位信息，需要空間相干光照明，需要亞微米像素以及如何生成具有真實感的三維全息圖的計算問題等。
全息數字存儲
在信息爆炸的時代，需要存儲各種海量數據，如衛星數據、遙感數據、氣象數據、地震數據、醫學數據等，信息顯示從二維平面顯示向三維立體顯示邁進，信息的存儲容量也需要2到3個數量級的提升，在巨大的存儲需求下，全息存儲技術得到極大的關注。
據曹良才介紹，全息存儲是受全息照相的啟發而研製的，它需要一套高效率的全息照相系統，首先利用一束雷射照射晶體內部不透明的小方格，記錄成為原始圖案後，再使用一束雷射聚焦形成信號源，還需要一束參考雷射作為校準，當信號源光束和參考光束在晶體中相遇後，晶體中就會展現出多折射角度的圖案，這樣在晶體中就形成了光柵，一個光柵可以儲存一批數據，稱為一頁，由於一個晶體有無數個面，只要改變雷射束的入射角度，就可以在一塊晶體中存儲數量驚人的數據。
曹良才指出，全息存儲可以超越現有的平面位式存儲，是一種三維頁式存儲方式，具有超高存儲密度、超快速和超大容量等特點，全息光碟可達TB量級，數據傳輸可達Gbp/s，美國的InPhase公司和日本的Optware公司一直致力於全息存儲技術領域，尤其是大容量全息光碟的研發。
在曹良才看來，全息存儲的發展面臨兩大困難：一是信號的幹擾問題，由於全息採用的是用雷射曝光光碟上的圖像，然後用物鏡捕捉進行解碼，這樣的工作原理，就導致了全息驅動器對於光的幹涉和其他噪音的幹擾非常敏感；二是對震動和溫度特性相當敏感，在全息驅動器工作時，一點點的震動就會導致全息成像出現偏差。儘管如此，全息存儲技術也將會在信息量迅猛增長的未來扮演舉足輕重的角色。
全息圖像處理
信息光學是光學技術和信息技術的結合，近幾年來發展迅速，其中，光學技術對信息的採集、存儲、傳輸、處理和顯示非常重要，全息圖像處理提供了一種不同於電子計算機的圖像處理方法。
光學相關器是基於光學相關的圖像識別技術，再利用光學透鏡的傅立葉變換性質、計算全息濾波器和頻域濾波技術，實現光學圖像的相關運算處理。相較電子計算機圖像識別技術，光學圖像識別技術具有天然的空間並行性，速度極快，信息容量大，且不受電磁幹擾。
體全息相關器基於超高密度體全息存儲和VLC光學相關識別技術，據曹良才介紹，其最大的特點是存儲器與運算器的一體化，它集中了全息存儲器容量大、通道多、速度快等優點和光學相關器抗幹擾性能強、準確率高、實時性好等優點，能夠快速多通道並行運算處理，比傳統的光電系統高2個數量級。
基於體全息相關器開發出來的圖像識別、內容尋址以及關聯讀出等功能具有重大的應用價值，適用於人臉識別、指紋識別、自動導航、飛彈防衛、三維物體識別、內容尋址等各種圖像與模式識別領域。
曹良才表示，在全息技術的發展推動下，未來可能出現全光信息技術，信息的產生、處理、傳輸、存儲和顯示都由全光光子器件完成。「信息處理和傳輸速度更快，存儲容量更大，且低碳節能，因此是一個可持續發展的未來。」（記者 原詩萌 實習生 李豔麗）