开发3D实时全息技术以挽救野战医院的生命

从你的手机、电视或最喜欢的机器人中获得3D全息图已经承诺了几十年，但尽管引起了极大的兴趣，但尚未实现。它们的应用意义深远，特别是在医疗技术领域，实时动态全息图有望缩短手术时间并提供更好的手术效果。

动态3D全息图有可能取代当前的2D成像(例如MRI扫描)，使外科医生能够实时更全面地了解患者的内部系统，从而减少侵入性手术并减少手术台上的意外情况。

虽然3D全息图在医学领域的潜在影响已为人所知一段时间，但研究人员在开发该技术时遇到了障碍，无法借助只能在大型成熟医院中使用的笨重、不便携且昂贵的系统，创造广泛采用的重大障碍。

需要一种新的微型光学系统，它可以集成在芯片上，功耗最低，可以将光束转移到自由空间，控制光束形状，并具有可调波前。

虽然现有技术可以解决所有这些问题，但直到现在仍难以将它们组合成一个系统。

澳大利亚研究委员会变革元光学系统卓越中心TMOS的研究人员使用元光学将垂直纳米线与由半导体纳米结构制成的微环激光器相结合，使这项技术更接近现实。

垂直纳米线本身具有出色的方向性，可以有效地塑造激光束，但它们的配置会在激光过程中导致显着的光子泄漏。光子反射基镜的地方也是纳米线连接到基板的地方，这种连接使纳米线成为低效激光器。

另一方面，在微环激光器中，微环激光器中的大部分光子平行于基板传播，因此光子泄漏较少，激光效率高得多，但控制光束的方向和形状非常困难。

TMOS研究人员在世界上首次将InP微环激光腔与位于其中心的垂直InP纳米线天线结合在一起，并将光子引导到具有特定光束形状的自由空间，这是3D全息图所需的开发。分别用作系统中光源和天线的微环和纳米线腔是使用选择区域外延技术同时生长的。

该设备的尺寸小于5微米，最终可以形成一个全息图像素。这种耦合的有效性已在实验室中得到证明，详细信息今天发表在《激光与光子学评论》上。

主要作者WeiWenWong说：“这是朝着低功耗、发射方向可调的片上微激光器迈进的方向。这一新发展消除了实现3D全息图的主要障碍之一。”

“我们希望这种新颖的设备有朝一日能够集成到一个足够小且足够便宜的设备中，以便医疗专业人员在前往偏远地区时可以装在口袋里，从而可以从现场手术台上投射出全彩色动态全息图。”

TMOS首席研究员HoeTan说：“动态全息图的开发是我们中心的旗舰项目之一。所有五所参与大学的团队正在共同努力，使之成为现实。我们研究的下一步是创建一个像素阵列，其中波前和光束形状可以单独控制和动态调整。”