世界最薄全息設備問世：未來手機將實現全息顯示！

導讀

最近，中國和澳大利亞的聯合研究小組成功研製出世界上最薄的全息設備。未來，這項技術有望讓三維全息顯示集成到智能手機中，這種全息圖像可通過裸眼觀看。迄今為止，它也是可集成到消費電子產品中的最薄全息設備，厚度不到人的頭髮絲千分之一。

關鍵字

全息技術、拓撲絕緣體、新材料

背景

全息技術，是近些年來非常熱門的前沿技術之一。很多朋友都看過科幻電影《阿凡達》和《星球大戰》，對於全息影像的場景都並不陌生。

（圖片來源於：電影《星球大戰》）

然而，還是有朋友會問，到底什麼是全息技術呢？

簡單說，就是利用光線干涉和衍射原理，記錄並再現物體真實的三維圖像的技術。

在簡單了解完定義後，我先帶帶大家簡單回顧一下，筆者之前對於全息技術的相關介紹：

• 《「瞬間轉移」？微軟新的AR技術holoportation給你一種全新體驗》：介紹過微軟的全息影像傳輸技術，但是這項技術觀察全息圖像，需要藉助微軟 HoloLens全息眼鏡。

（圖片來源於：微軟研究院）

• 《科學家研發超穎材料設備 全息技術從科幻走向現實》：介紹過澳大利亞科學家利用超穎材料，實現複雜的紅外線全息圖像。

（圖片來源於：澳大利亞國立大學）

• 《Wi-Fi全息技術：能穿牆獲取物體全息圖像！》：介紹過德國慕尼黑工業大學利用Wi-Fi輻射實現的全息技術，這種全息顯示已經不再是光學原理。

利用地下室的Wi-Fi發射器，可以繪製出整個倉庫的三維圖像

（圖片來源：Friedemann Reinhard/Philipp Holl/慕尼黑工業大學）

• 《聲音三維全息成像技術：重新演繹畢加索名畫和平鴿》：介紹過聲學全息技術，科學家利用聲波創造出了美輪美奐的全息圖。

（圖片來源於：?Kai Melde / MPI for Intelligent Systems）

以上列舉的各種全息成像技術，充分展示了全息技術實現手段的多樣化，以及實現效果的惟妙惟肖。於此同時，我們會思考這項技術如何能夠應用到商業領域，特別是消費電子類產品，例如智能手機中。

目前，電子設備的發展呈現出輕薄化、小型化的趨勢，那麼全息成像設備要集成到消費電子類產品中，厚度自然是十分重要的考量因素。目的就是：要讓全息成像組件變得足夠薄，從而可以靈活應用到如今的電子設備中去。

創新

然而，今天我們要介紹的這項創新技術正是在「薄」的方面取得了重大突破。

最近，澳大利亞皇家墨爾本理工大學與北京理工大學的聯合研究小組，成功設計和製造出裸眼可見的超薄三維全息設備，其厚度不到人類頭髮絲厚度的千分之一，而且可以集成到消費電子產品例如智能手機上。

（圖片來源於：皇家墨爾本理工大學）

澳大利亞皇家墨爾本理工大學教授、澳大利亞兩院院士顧敏領導的研究小組開展了這項研究。研究論文於5月18日發表於《自然通信》雜誌上。

技術

從技術角度講，通常全息圖像都是通過激光創建，通過調整光的相位，形成一個具有三維深度效果的圖像。為了產生足夠大的相位偏移，所以過去的全息設備所採用的材料厚度，必須到達光波長的級別，一般可見光的波長範圍在400～760納米。

然而，這項創新技術突破這一限制，科研團隊成功實現了厚度只有25納米的全息設備。

（圖片來源於：皇家墨爾本理工大學）

這種設備的基礎是一種特殊的材料：拓撲絕緣體，這是一種新型量子材料，其表面具有低折射率，而內部具有超高折射率。這一特性特別適合於新型光學設備，包括納米級全息設備。在這項研究中，研究人員採用了拓撲絕緣體材料Sb2Te3。

由於這種超薄的拓撲絕緣體薄膜，在其表面和內部具有不同的折射率，所以自然就形成了一個光學共振腔。這個共振腔可以增強相位差，從而實現三維成像。

除了採用了這種特殊的拓撲絕緣體材料，在超薄全息設備製備方面，研究人員也採用了十分簡單、快速的方法：激光直寫技術，它將有利於這種全息設備的大規模生產和工業應用。

價值

這項技術最大的價值，正如文章開始所說，就是可集成到日常消費電子產品中。傳統消費電子產品的屏幕，只能具備二維顯示效果，而加入了這項技術後，將顯示出三維圖像，圖像的內容和信息量都將大大增加。

研究人員稱，這項技術未來有望為醫療診斷、教育教學、數據存儲和網路安全等多領域，帶來新的發展和變化。在這些領域中，三維全息技術將產生越來越重要的作用，進一步推動這些領域的創新。

未來

對於研究的下一步進展，我們看看這項研究的主要參與者岳增記博士的說法。他和北京理工大學的 Gaolei Xue 一樣，是這篇這項論文的合著者。

（圖片來源於：皇家墨爾本理工大學）

「下一階段的研究是開發一種剛性薄膜，能夠集成進液晶顯示屏，以實現真正的三維全息顯示。這需要我們將納米全息設備的像素尺寸縮小至十分之一，甚至更小。除此之外，我們正在努力製備柔性和彈性的薄膜，使得全息技術應用到更加寬廣的領域。」

參考資料

【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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