数字全息可无需透镜、无需扫描实现三维成像。其可以具有很高的时间和空间分辨率，光路中的介质可以是线性或者非线性的。数字全息的应用包括光学轮廓和变形测量、波前传感、相对较短距离的三维轮廓分析(与LIDAR技术的数百公里相比)、生命科学的显微镜和纳米显微镜、粒子成像测速、层析和激光散斑对比(contrast)成像，以及通过计算机生成的全息图在光遗传学、数据存储或虚拟和增强现实的近眼显示器等领域产生复杂的三维波前等。
技术背景：
数字全息可无需透镜、无需扫描实现三维成像。其可以具有很高的时间和空间分辨率，光路中的介质可以是线性或者非线性的。数字全息的应用包括光学轮廓和变形测量、波前传感、相对较短距离的三维轮廓分析(与LIDAR技术的数百公里相比)、生命科学的显微镜和纳米显微镜、粒子成像测速、层析和激光散斑对比(contrast)成像，以及通过计算机生成的全息图在光遗传学、数据存储或虚拟和增强现实的近眼显示器等领域产生复杂的三维波前等。
文章创新点：
德国马克斯·普朗克量子光学研究所的Edoardo Vicentini(一作)和Nathalie Picqué(通讯)提出一种双光梳数字全息术，可以获得每一个光梳线下的复数全息图。其潜在应用包括远距离精确尺寸测量(无干涉相位模糊)、具有高光谱分辨力的高光谱三维成像等。
原理解析：
两个重复频率略有不同的频率梳生成器，一个为样品臂提供光束，另一个为参考臂提供光束。样品臂接收由反射型或透射型三维物体散射回的光束，作为物光。物光和参考光由分束镜合束在一个无透镜探测器矩阵上形成干涉信号。系统原理图见图1。
探测器阵列记录时域的干涉图，每一个像素在记录干涉图的同时获取所有光谱元素。每一个像素的干涉图经过傅里叶变换得到复数频谱(图2b)。所有像素在经傅里叶变换后得到的每一个频率下的复数频谱一起构成全息图超立方体(hypercube)，全息图的数目与梳线数一致(图2c)。在某一频率下的全息图重建使用逆菲涅耳变换在对焦距离下完成重建，获得不同对焦距离下的振幅和相位重建图(图2d)。因为全息信号和零阶以及共轭像分处不同的频率范围。因此，同轴全息也能获得无零阶像和共轭像干扰的重建像。图2中两个硬币的间距为9cm。
作者受限于其实验条件，所用光源波段为近红外通信波段(195THz附近)，如果使用可见光波段可以获得更佳的性能。探测器矩阵为InGaAs热电冷却相机(320*256像素，帧率320Hz)，连续激光器1频率f1=195.353THz和连续激光器2频率f2=195.42THz。激光器1分出两束光，分别被声光调制器AOM1和AOM2移频调制。四个声光调制器的移频量分别为δf1=25MHz，δf2=25MHz+40Hz，δf3=40MHz，δf4=40MHz+120Hz。因此，频率为f1+δf1和f2+δf3的光束合束后进入电光幅度调制器1(Amplitude Modulator 1)，振幅调制器1被同步信号和脉冲发生器驱动，生成重复频率frep=1000MHz或500MHz的50ps脉冲链，作为物光。与此类似，振幅调制器2生成frep+δfrep=1000MHz+2Hz或500MHz+1Hz的50ps脉冲链，作为参考光。物光由两个频谱上分离的子光梳组成，其光学频率中心分别为f1+δf1和f2+δf3，梳线间隔等于frep，frep=500MHz时线数为50，1000MHz时为25线。因为物光的两个子光梳由不同的激光器发出，因此互相干很弱。参考光也类似，干涉发生在同一光源发出的物光和参考光之间。物光和参考光在进入分束棱镜之前都做了准直处理，准直光斑要略大于探测器矩阵。探测器矩阵上是两个下转换的子光梳信号，梳线间距为δfrep，子光梳中心分别为δf2-δf1=40Hz，δf4-δf3=120Hz。
实验结果：
(2)、由相位图，采取用于多波长数字全息的分级相位解包裹获得的三维重建像。
视频：
DOI：https://doi.org/10.1038/s41566-021-00892-x
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