北京航空航天大学的研究团队近期通过同时利用两种不同的全息图生成方法，成功设计了一个宽视角、大尺寸的全息3D显示系统。该系统能够通过可调谐液晶光栅来调节周期以扩大视角，同时可以重建图像的二次衍射以增加图像尺寸。
全息3D显示系统由激光器、扩束器、分束器、空间光调制器（SLM）、带两个透镜的4f系统、滤光片、偏振光阀、信号控制器以及可调谐液晶光栅组成。光栅响应时间为29.2 ms，满足同步控制要求。
为了实现宽视角，研究人员对液晶光栅施加电压，使液晶分子呈现周期性顺序，使图像产生二次衍射。
研究人员通过调整液晶光栅的周期来生成M次衍射图像。而且为了显示均匀的二次衍射图像，需要调整偏振光阀的状态。
图1 具有可调谐液晶光栅的全息 3D 显示系统的概念图
为了扩大图像尺寸，研究人员生成了 3D 物体的全息图，并将其分成两个大小相等的亚全息图。 在将电压施加到光栅之前，将第一个亚全息图加载到 SLM 上。然后在施加电压的同时将第二个亚全息图加载到 SLM 上，以在光谱平面上生成零级初级最大值和 ±1 级次级最大值。同时，他们为该系统开发了一种信号控制器，用于控制全息图的切换速度和液晶光栅的调谐。对偏振光阀的调整确保只有正的一级衍射光可以通过。
当切换时间变得足够快时，亚全息图1和亚全息图2的重建图像可以在空间上无缝拼接，形成符合人眼视觉暂留效果的大尺寸全息3D显示。
在实验中，全息 3D 显示系统的视角为 57.4 英寸，是使用单个 SLM 的传统系统的 7 倍。 当团队测试该系统再现大尺寸全息图像的能力时，该系统证明它可以将图像的尺寸放大 4.2 倍。
图2 (a) 全息显示系统在初始状态下的视角。 (b) 将电压施加到可调谐液晶光栅时的视角。
全息 3D 显示系统生成的图像有效避免了在观看时传统 3D 显示系统令人不适的缺陷，呈现的图像几乎与人类在实际环境中看到的相同。然而，在传统的 3D 全息显示中，SLM 的像素间距和尺寸限制了全息图像的视角和尺寸。目前，基于单片SLM的全息再现视角通常小于9°，尺寸小于2cm。
据研究人员介绍，新型全息3D显示系统结构简单，易于操作。 系统完整地重构了记录物体的细节，保证了强度分布均匀。除了 3D 全息显示，该系统还可用于增强现实 (AR) 。团队表示新型全息显示系统具有广泛的应用前景，涉及医疗诊断、广告、娱乐和教育等领域。
