全息术——使用光投射来显示图像——可用于构建全息图，全息图是描绘逼真的物体和场景的三维光结构。虽然今天的技术还不能制作出科幻电影中令人难以置信的逼真全息图，但哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院 (SEAS) 的研究人员已朝着这一目标迈出了重要的一步。
Capasso 说：“这项研究以一种创新的方式利用了广泛使用和商业上成熟的空间光调制器技术，在光传播时对光进行整形，从而创造出一种全新的全息图。” “我预见这种全息摄影方法将对虚拟现实和增强现实、生物成像、体积显示、人机交互、交互式教育工具等产生影响。”
传统的全息术方法将光线安排在远离观察者眼睛的平面上，就像一系列连续的多米诺骨牌一样，这是有问题的，因为最远的层变得更难看到。这可能会扰乱观看者的深度感知，并最终使 3D 对象的细节出现减少。为了解决这个问题，Capasso 的团队以及来自圣保罗大学和巴西坎皮纳斯州立大学的合作者设计了一种全息术方法，可以将光切片垂直于光学显示器传播，这样观众就可以沿着切片的全长观看。
“通过这样做，我们已经减轻了传统上影响全息术的深度感知问题，”该论文的第一作者和 Capasso 小组的研究员 Ahmed Dorrah 说。“我们还可以实现均匀间隔的光片，同时保持光片之间的低串扰以及所描绘图像和物体的高分辨率。”
Dorrah 说，这种方法有朝一日可以用来描绘任何 3D 全息图，从任何角度都可以看到连续深度，就好像它在物理上存在一样。“这一发展的核心是一种特殊的光束，称为贝塞尔光束，”他说。与更常用的激光束不同，当它们远离源时，它们会发生衍射并变得不那么强烈，贝塞尔光束会保持其强度，甚至可以在遇到障碍物后绕过障碍物“自愈”。
“贝塞尔光束以环形图案向外传播。将多个贝塞尔光束组合在一起——一种称为叠加的过程——可以通过干涉精确控制沿任何给定点的光强度，”电气工程教授 Michel Zamboni-Rached 说在巴西坎皮纳斯州立大学和这项工作的高级合作者。“你可以有选择地照亮这些光片的所需部分，”他补充道，而不会失去对清晰描绘图像和物体至关重要的景深。
通过将这些叠加的光束堆叠在一起形成光片，可以附加地创建由精确结构光制成的“3D 打印”投影。Capasso 的团队对利用这种新方法改进生物学研究特别感兴趣。
“我认为我们可以对光强度施加的选择性控制可以与显微镜方法相结合，以更好地控制光进入生物样本的位置，”Dorrah 说。这很重要，因为显微镜中使用的激光束会通过称为光毒性的过程损坏活细胞，从而限制组织样本可以承受的成像量。
Dorrah 还热衷于将这种方法应用于光遗传学研究，在这种研究中，大脑回路经过基因工程改造，可以根据光触发或关闭组织活动，从而使科学家能够研究某些细胞如何影响行为。通过光片全息术，“你可以在光遗传学电路中以非常高的准确性和特异性激活目标细胞或细胞网络，”他说。
卡帕索的团队偶然发现了新的全息术方法。Dorrah 和他来自巴西的合作者一直在开发使用贝塞尔光束将粒子捕获在焦点中的技术，以便更好地研究特定空间和时间点中的原子。就在那时，团队开始怀疑将这些光束堆叠成片状是否可以用来构建全息图。
该小组在测试该技术并看到它的效果时感到敬畏。“通常，我们会发展出一种新理论，用实验对其进行测试，如果结果存在缺陷，然后我们会重新考虑我们的方法，”圣保罗大学电气工程教授、另一位高级合作者莱昂纳多·安布罗西奥 (Leonardo Ambrosio) 说。“但这一次，我们最初的实验甚至远远超出了我们最乐观的预期。我们对我们可以制作的图像和物体的复杂性感到惊讶。”
