在众多显示应用中，全息是一种具有变革潜力的技术。如直视(direct-view)显示，全息可以实现裸眼三维显示。对于虚拟现实和增强现实中使用的近眼显示器，全息显示在感知真实感和视觉舒适度上也有更好的解决方案。对于汽车应用中的HUD(heads-up displays)，全息显示器不仅具有自然对焦提示(focus cues)，还具有前所未有的图像亮度和动态范围。尽管计算机生成全息(conputer-generated holography, CGH)在光学系统和算法上已经有了许多进展，但是全息显示使用相干光源产生的散斑使得全息还不能成为一个替代传统显示技术的成熟方案。散斑是由相干光的相长干涉和相消干涉产生的，其不仅降低图像质量，对最终用户也是一个潜在的安全隐患。
用于AR/VR的无散斑全息显示
技术背景：
在众多显示应用中，全息是一种具有变革潜力的技术。如直视(direct-view)显示，全息可以实现裸眼三维显示。对于虚拟现实和增强现实中使用的近眼显示器，全息显示在感知真实感和视觉舒适度上也有更好的解决方案。对于汽车应用中的HUD(heads-up dISPlays)，全息显示器不仅具有自然对焦提示(focus cues)，还具有前所未有的图像亮度和动态范围。尽管计算机生成全息(conputer-generated holography, CGH)在光学系统和算法上已经有了许多进展，但是全息显示使用相干光源产生的散斑使得全息还不能成为一个替代传统显示技术的成熟方案。散斑是由相干光的相长干涉和相消干涉产生的，其不仅降低图像质量，对最终用户也是一个潜在的安全隐患。
散斑的缓解通常使用时间或空间的多路复用(multiplexing)来叠加独立的散斑模式。这些多路复用方法包括使用机械振动、快速扫描微镜、可变形镜以及对具有不同相位延迟的不同散斑图案进行光学平均等。然而，几乎所有的多路复用方法要么需要机械移动部件，要么需要复杂的光学系统，或两者都需要。使用部分相干光源(如LED)是一种更好的方法，因为它不需要对硬件系统做修改。LED的空间和时间不相干性直接减少了观察到的散斑，这是由于在多个不同的波传播方向(空间不相干)或光谱(时间不相干)上的多路复用的结果。然而，这引入了不想要的模糊和对比度牺牲，导致观察到图像质量下降。最近的一些CGH算法研究已经尝试通过优化策略来预补偿这种模糊(这是一个不适定的逆问题，取得了一定的成功)。
当前不足：
基于相干光源的全息显示的图像质量和人眼安全受到相干光源引入的散斑的影响。而LED方案虽然可以缓解散斑，但是相比相干光源解决方案，基于LED的全息显示的图像质量非常低，且最先进的CGH算法缺少合适的数学模型来描述从部分相干光源到空间光调制器(SLM)，再到目标图像的波传播物理过程。
文章创新点：
基于此，斯坦福大学的Yifan Peng(一作)和Gordon Wetzstein(通讯)提出了一种部分相干波传播模型，并结合相机在环校正技术，实现了图像质量前所未有的无散斑全息显示。并进一步证明，空间相干但时间不相干的超辐射发光二极管(superluminescent LED, SLED)可以进一步提高图像清晰度。
原理解析：
(1)部分相干光源全息相机在环校正。如图1，SLM调制入射光在目标平面形成全息图像被相机采集到后，与ground truth做比较，得到损失函数，使用随机梯度下降法来更新SLM上不同像素的相位调制度。相干光的传播是基于角谱方法，而部分相干光考虑到其光谱和有限发射面积，在对光的传播建模时，首先考虑一个在一定出射角度范围(对应有限发射面积，通过透镜将焦平面上不同入射点转换成不同的角度出射)和一定光谱范围内的相干光叠加传播模型，然后在实际操作过程采用离散化实现这个连续模型。
(2)实验装置。作者将激光、LED、SLED分别作为光源的全息整合进一个整体光路，用于实验对比，整体光路布置示意见图2A。空间光调制器(SLM)为相位型(HOLOEYE LETO, 6.4um)。准直透镜L3是消色差双胶合透镜，焦距200mm.目镜L6是Nikon AF-S 50-mm f/1.4D镜头。L4和L5是同样的Nikon镜头，构成4f系统。L4、L5和4mm光阑(iris)一起滤掉高阶衍射光。所用LED为880mW白光LED,匹配全带宽为10nm的，中心波长分别为633、532、460nm的滤光片。LED耦合进纤芯直径200um的多模光纤输出。SLED模组(EXALOS RGB-SLED engines)单模光纤输出，最大输出功率5mW,中心波长分别为635、510、450nm。
实验结果：
参考文献：Yifan PengSuyeon ChoiJonghyun KimGordon Wetzstein,"Speckle-free holography with partially coherent light sources and camera-in-theloop calibration",Sci. Adv., 7 (46), eabg5040.
DOI：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg5040
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