世界最薄全息设备问世：未来手机将实现全息显示！

导读

最近，中国和澳大利亚的联合研究小组成功研制出世界上最薄的全息设备。未来，这项技术有望让三维全息显示集成到智能手机中，这种全息图像可通过裸眼观看。迄今为止，它也是可集成到消费电子产品中的最薄全息设备，厚度不到人的头发丝千分之一。

关键字

全息技术、拓扑绝缘体、新材料

背景

全息技术，是近些年来非常热门的前沿技术之一。很多朋友都看过科幻电影《阿凡达》和《星球大战》，对于全息影像的场景都并不陌生。

（图片来源于：电影《星球大战》）

然而，还是有朋友会问，到底什么是全息技术呢？

简单说，就是利用光线干涉和衍射原理，记录并再现物体真实的三维图像的技术。

在简单了解完定义后，我先带带大家简单回顾一下，笔者之前对于全息技术的相关介绍：

• 《“瞬间转移”？微软新的AR技术holoportation给你一种全新体验》：介绍过微软的全息影像传输技术，但是这项技术观察全息图像，需要借助微软 HoloLens全息眼镜。
  

（图片来源于：微软研究院）

• 《科学家研发超颖材料设备 全息技术从科幻走向现实》：介绍过澳大利亚科学家利用超颖材料，实现复杂的红外线全息图像。

（图片来源于：澳大利亚国立大学）

• 《Wi-Fi全息技术：能穿墙获取物体全息图像！》：介绍过德国慕尼黑工业大学利用Wi-Fi辐射实现的全息技术，这种全息显示已经不再是光学原理。

利用地下室的Wi-Fi发射器，可以绘制出整个仓库的三维图像

（图片来源：Friedemann Reinhard/Philipp Holl/慕尼黑工业大学）

• 《声音三维全息成像技术：重新演绎毕加索名画和平鸽》：介绍过声学全息技术，科学家利用声波创造出了美轮美奂的全息图。

以上列举的各种全息成像技术，充分展示了全息技术实现手段的多样化，以及实现效果的惟妙惟肖。于此同时，我们会思考这项技术如何能够应用到商业领域，特别是消费电子类产品，例如智能手机中。

目前，电子设备的发展呈现出轻薄化、小型化的趋势，那么全息成像设备要集成到消费电子类产品中，厚度自然是十分重要的考量因素。目的就是：要让全息成像组件变得足够薄，从而可以灵活应用到如今的电子设备中去。

创新

然而，今天我们要介绍的这项创新技术正是在“薄”的方面取得了重大突破。

最近，澳大利亚皇家墨尔本理工大学与北京理工大学的联合研究小组，成功设计和制造出裸眼可见的超薄三维全息设备，其厚度不到人类头发丝厚度的千分之一，而且可以集成到消费电子产品例如智能手机上。

澳大利亚皇家墨尔本理工大学教授、澳大利亚两院院士顾敏领导的研究小组开展了这项研究。研究论文于5月18日发表于《自然通信》杂志上。

技术

从技术角度讲，通常全息图像都是通过激光创建，通过调整光的相位，形成一个具有三维深度效果的图像。为了产生足够大的相位偏移，所以过去的全息设备所采用的材料厚度，必须到达光波长的级别，一般可见光的波长范围在400～760纳米。

然而，这项创新技术突破这一限制，科研团队成功实现了厚度只有25纳米的全息设备。

这种设备的基础是一种特殊的材料：拓扑绝缘体，这是一种新型量子材料，其表面具有低折射率，而内部具有超高折射率。这一特性特别适合于新型光学设备，包括纳米级全息设备。在这项研究中，研究人员采用了拓扑绝缘体材料Sb₂Te₃。

由于这种超薄的拓扑绝缘体薄膜，在其表面和内部具有不同的折射率，所以自然就形成了一个光学共振腔。这个共振腔可以增强相位差，从而实现三维成像。

除了采用了这种特殊的拓扑绝缘体材料，在超薄全息设备制备方面，研究人员也采用了十分简单、快速的方法：激光直写技术，它将有利于这种全息设备的大规模生产和工业应用。

价值

这项技术最大的价值，正如文章开始所说，就是可集成到日常消费电子产品中。传统消费电子产品的屏幕，只能具备二维显示效果，而加入了这项技术后，将显示出三维图像，图像的内容和信息量都将大大增加。

研究人员称，这项技术未来有望为医疗诊断、教育教学、数据存储和网络安全等多领域，带来新的发展和变化。在这些领域中，三维全息技术将产生越来越重要的作用，进一步推动这些领域的创新。

未来

对于研究的下一步进展，我们看看这项研究的主要参与者岳增记博士的说法。他和北京理工大学的 Gaolei Xue 一样，是这篇这项论文的合著者。

“下一阶段的研究是开发一种刚性薄膜，能够集成进液晶显示屏，以实现真正的三维全息显示。这需要我们将纳米全息设备的像素尺寸缩小至十分之一，甚至更小。除此之外，我们正在努力制备柔性和弹性的薄膜，使得全息技术应用到更加宽广的领域。”

参考资料

【1】http://www.rmit.edu.au/news/newsroom/media-releases-and-expert-comments/2017/may/worlds-thinnest-hologram-new-world#

【2】https://www.nature.com/articles/ncomms15354

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