三維顯示時(shí)代的來臨和互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)升級，使得信息呈幾何級數(shù)暴漲，下一代互聯(lián)網(wǎng)(IPv6)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和云存儲(chǔ)等新型信息技術(shù)的發(fā)展對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和顯示提出了新的挑戰(zhàn)，超大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和超高解析度圖像顯示已成為目前信息技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn)。對于這些問題，全息技術(shù)有可能提供解決之道。

1961年，激光被發(fā)明后，全息照相得到實(shí)際應(yīng)用。全息照相利用光的干涉原理和特殊的感光材料，精確記錄被攝物體發(fā)射或透射光波強(qiáng)度和相位信息，從而獲得真實(shí)的立體圖像。

全息照相再現(xiàn)的是一個(gè)精確復(fù)制的物光波，當(dāng)我們“看”這個(gè)物光波時(shí)，可以從各個(gè)視角觀察到再現(xiàn)立體像的不同側(cè)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，看到的是復(fù)雜的條紋，絲毫看不到物體的形象，這些條紋是利用激光照明的物體所發(fā)出的物光波與參考光波干涉，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(jié)”起來。

清華大學(xué)精密儀器系副研究員曹良才指出，全息技術(shù)具有非常優(yōu)越的波前和位相操控能力，現(xiàn)已應(yīng)用在許多方面，如全息防偽、全息掃面準(zhǔn)鏡、商業(yè)顯示等，且擁有更廣闊的應(yīng)用前景。

全息三維顯示

2009 年末3D 電影《阿凡達(dá)》上映。2011 年總共發(fā)行約20 部3D 好萊塢電影。2011 年3D 電視機(jī)市場井噴增長近500%，預(yù)計(jì)到2015 年，家庭購買3D 電視機(jī)數(shù)量將超過3 億臺(tái)。在巨大的市場推動(dòng)和需求牽引下，歐美國家和日、韓等國政府及研究機(jī)構(gòu)對三維存儲(chǔ)技術(shù)和顯示技術(shù)的基礎(chǔ)研究也急劇升溫，新的材料、器件、方法與系統(tǒng)在近兩年不斷突破和問世。

曹良才指出，根據(jù)全息顯示采用的光波調(diào)制器件的工作原理，全息顯示可分為兩類，一類是通過電壓驅(qū)動(dòng)對光波調(diào)制器件寫入信號，對光的復(fù)振幅進(jìn)行調(diào)制，如聲光調(diào)制器、數(shù)字微反射鏡、硅基液晶等空間光調(diào)制器。一類是在全息材料中通過光學(xué)方式寫入波前信息，產(chǎn)生全息像元，由全息像元組成的陣列對光進(jìn)行復(fù)振幅調(diào)制，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(shù)中，全息技術(shù)是熱點(diǎn)，且已得到迅速發(fā)展。2008 年和2010 年，Nature雜志先后兩次發(fā)表了美國亞利桑那大學(xué)的S·Tay等人在全息三維實(shí)時(shí)顯示領(lǐng)域取得的進(jìn)展，可以對真實(shí)三維物體進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新顯示，該項(xiàng)技術(shù)有望在遠(yuǎn)程數(shù)字醫(yī)療和數(shù)字化國防技術(shù)上得到應(yīng)用。2011 年，Science發(fā)表了東京電機(jī)大學(xué)和大阪大學(xué)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(shí)現(xiàn)了真彩色的3D 數(shù)字全息圖像的存儲(chǔ)與再現(xiàn)。

曹良才表示，全息三維顯示可以同時(shí)顯示物體的振幅和相位信息，是具有真實(shí)感的下一代真三維顯示技術(shù)，但它也面臨著一些挑戰(zhàn)，如需要特殊的記錄系統(tǒng)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(shí)感的三維全息圖的計(jì)算問題等。

全息數(shù)字存儲(chǔ)

在信息爆炸的時(shí)代，需要存儲(chǔ)各種海量數(shù)據(jù)，如衛(wèi)星數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、地震數(shù)據(jù)、醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)等，信息顯示從二維平面顯示向三維立體顯示邁進(jìn)，信息的存儲(chǔ)容量也需要2到3個(gè)數(shù)量級的提升，在巨大的存儲(chǔ)需求下，全息存儲(chǔ)技術(shù)得到極大的關(guān)注。

據(jù)曹良才介紹，全息存儲(chǔ)是受全息照相的啟發(fā)而研制的，它需要一套高效率的全息照相系統(tǒng)，首先利用一束激光照射晶體內(nèi)部不透明的小方格，記錄成為原始圖案后，再使用一束激光聚焦形成信號源，還需要一束參考激光作為校準(zhǔn)，當(dāng)信號源光束和參考光束在晶體中相遇后，晶體中就會(huì)展現(xiàn)出多折射角度的圖案，這樣在晶體中就形成了光柵，一個(gè)光柵可以儲(chǔ)存一批數(shù)據(jù)，稱為一頁，由于一個(gè)晶體有無數(shù)個(gè)面，只要改變激光束的入射角度，就可以在一塊晶體中存儲(chǔ)數(shù)量驚人的數(shù)據(jù)。

曹良才指出，全息存儲(chǔ)可以超越現(xiàn)有的平面位式存儲(chǔ)，是一種三維頁式存儲(chǔ)方式，具有超高存儲(chǔ)密度、超快速和超大容量等特點(diǎn)，全息光盤可達(dá)TB量級，數(shù)據(jù)傳輸可達(dá)Gbp/s，美國的InPhase公司和日本的Optware公司一直致力于全息存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是大容量全息光盤的研發(fā)。

在曹良才看來，全息存儲(chǔ)的發(fā)展面臨兩大困難：一是信號的干擾問題，由于全息采用的是用激光曝光光盤上的圖像，然后用物鏡捕捉進(jìn)行解碼，這樣的工作原理，就導(dǎo)致了全息驅(qū)動(dòng)器對于光的干涉和其他噪音的干擾非常敏感;二是對震動(dòng)和溫度特性相當(dāng)敏感，在全息驅(qū)動(dòng)器工作時(shí)，一點(diǎn)點(diǎn)的震動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致全息成像出現(xiàn)偏差。盡管如此，全息存儲(chǔ)技術(shù)也將會(huì)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(xué)是光學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的結(jié)合，近幾年來發(fā)展迅速，其中，光學(xué)技術(shù)對信息的采集、存儲(chǔ)、傳輸、處理和顯示非常重要，全息圖像處理提供了一種不同于電子計(jì)算機(jī)的圖像處理方法。

光學(xué)相關(guān)器是基于光學(xué)相關(guān)的圖像識別技術(shù)，再利用光學(xué)透鏡的傅立葉變換性質(zhì)、計(jì)算全息濾波器和頻域?yàn)V波技術(shù)，實(shí)現(xiàn)光學(xué)圖像的相關(guān)運(yùn)算處理。相較電子計(jì)算機(jī)圖像識別技術(shù)，光學(xué)圖像識別技術(shù)具有天然的空間并行性，速度極快，信息容量大，且不受電磁干擾。

體全息相關(guān)器基于超高密度體全息存儲(chǔ)和VLC光學(xué)相關(guān)識別技術(shù)，據(jù)曹良才介紹，其最大的特點(diǎn)是存儲(chǔ)器與運(yùn)算器的一體化，它集中了全息存儲(chǔ)器容量大、通道多、速度快等優(yōu)點(diǎn)和光學(xué)相關(guān)器抗干擾性能強(qiáng)、準(zhǔn)確率高、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠快速多通道并行運(yùn)算處理，比傳統(tǒng)的光電系統(tǒng)高2個(gè)數(shù)量級。

基于體全息相關(guān)器開發(fā)出來的圖像識別、內(nèi)容尋址以及關(guān)聯(lián)讀出等功能具有重大的應(yīng)用價(jià)值，適用于人臉識別、指紋識別、自動(dòng)導(dǎo)航、導(dǎo)彈防衛(wèi)、三維物體識別、內(nèi)容尋址等各種圖像與模式識別領(lǐng)域。

曹良才表示，在全息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)下，未來可能出現(xiàn)全光信息技術(shù)，信息的產(chǎn)生、處理、傳輸、存儲(chǔ)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(chǔ)容量更大，且低碳節(jié)能，因此是一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的未來。”