全息图自出现后一直被认为可以再现最逼真的三维图像，而不会产生视觉副作用。自1990年，麻省理工学院媒体实验室开发了第一个全息视频系统以来，全息视频已被广泛研究用于商业化。但是，由于存在窄视角、庞大的光学器件和大算力要求的限制，尚未推出商用全息视频显示器(这里的时间点指的是2020年)。
超薄面板全息视频显示
技术背景：
全息图自出现后一直被认为可以再现最逼真的三维图像，而不会产生视觉副作用。自1990年，麻省理工学院媒体实验室开发了第一个全息视频系统以来，全息视频已被广泛研究用于商业化。但是，由于存在窄视角、庞大的光学器件和大算力要求的限制，尚未推出商用全息视频显示器(这里的时间点指的是2020年)。
静态全息技术通过使用氯化银和光敏聚合物等全息记录材料得以迅速发展。纳米光子学和超表面也被用于重建静态全息图。然而，这些全息介质是不可更新或具有有限的刷新频率，导致动态全息图的生成受限。通过使用直接调制光波前的空间光调制器可以以视频速率更新全息图，但是还不适合应用于移动全息视频。
要构建移动全息视频显示器，需要跨越空间带宽积(决定了全息图像的尺寸和视角。静态全息图以亚波长密度记录全息信息，可以具有大的视角，而空间光调制器的像素尺寸大、像素数小，当前的空间光调制器的空间带宽积比静态全息介质小数百倍，因而视角小)、大的相干背光源(操纵光需要复杂的光学组件和大空间要求，全息视频显示很难如当今的平板显示那么薄)、实时计算全息图所需的巨大计算资源消耗(针对视频帧率高质量的全息图，已有的提高计算速度的优化算法依赖于集群处理器或者高性能的并行处理系统)等障碍。
技术要点：
基于此，韩国三星电子的Jungkwuen An和Hong-Seok Lee等人提出了一种交互式超薄面板全息视频显示器(使用传统的UHD LCD实现了世界上首款超薄全息全息视频显示器，后续将沿着降低尺寸，适合手机应用方向研究)，解决了低SBP，庞大光学系统，巨大计算资源消耗的难题。所提方案适用于在办公室和家庭环境中提供逼真的三维视频。
(1)由一个相干背光单元和光束偏转器组成转向背光单元(steering-backlight unit,S-BLU)，将视角扩大30倍；
(2)所有光学元件被设计和加工成超薄结构(显示部分厚度为1cm，系统整体厚度<10cm)；
(3)由单芯片FPGA执行实时4k(3840x2160)全息视频处理(30fps)。
图1 光学结构的关键部件和全息视频处理器示意图.(a)光学架构包含光束偏转器、相干背光单元、一个几何相位透镜和一个空间光调制器。(b)光束偏转器原理，它以类似于棱镜的行为将透射光转向：在520nm波长时，垂直和水平相位阵列以角分辨率0.02°偏转光线，最大偏转角~15°。(c)使用波导的相干背光单元布局：第一个波导用于红光和绿光，第二个波导用于蓝光，堆叠起来增加整体效率。(d)全息视频处理器在单芯片FPGA上完成。
实验结果：
实时交互式的超薄面板全息视频，用户通过按键实时与海龟交互。
附录：
图2 超薄面板全息视频显示器
三色激光二极管作为相干光源，激光穿过光束偏转器和相干背光单元，生成的相干白光通过焦距为1m的几何相位透镜到达空间光调制器。一个10.1英寸的UHD商用LCD在这里用作空间光调制器
使用Xilinx Kintex UltraScale (XCKU115- FLVA1517-2-E)作为全息视频处理器。使用DISPlayPort 1.2和 Xilinx DisplayPort intellectual property(IP)。使用两个DDR4存储器模组和Xilinx memory interface generator IP。DDR4 memory interface使用300MHz时钟，所有其它数据处理单元使用150MHz时钟。全息视频处理器在FPGA芯片上使用258942(39.03%)LUTs,987(45.67%)块随机存取存储器和665(12.05%)数字信号处理器切片。全息视频处理器的性能接近140Giga operations per second。
DOI： https://doi.org/10.1038/s41467-020-19298-4
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