真正的全息电影已触手可及

《星球大战4：新希望》中机器人R2-D2投影莱娅公主的全息影像的场景，一直以来只在科幻小说中存在。大多数人所接触到的全息投影仅仅是护照或信用卡上一角硬币大小的防伪标志罢了。“超表面”（metasurface）材料是一种可以以自然材料无法做到的方式操控光线的材料，通过使用这种材料，研究人员相信制造真正全息电影的技术已经触手可及。

这项由东京农工大学团队发现的成果，发表于今年8月3日出版的Optics Express上。

如今，静态全息图像在生活中随处可见：纸币上，信用卡上，护照上…这些全息图都属于“表面浮雕全息图”，以类似乙烯基唱片压印的方式印在塑料上，可用于防伪或制造闪亮的包装纸。但是这种全息图像质量差，仅能制造静态图像，且观看视角有限。二十一世纪已经进入第三个十年，尽管全息电影的概念已经深入人心，我们仍然没有真正意义上的全息电影——那种如同机器人R2-D2投影的莱娅公主一样的全息投影。

即使是如今愈发流行的演唱会现场的流行明星的“全息投影”，也并非真正的全息投影，不过是一种利用镜子和光线旧戏法的全新演绎，本质上是一种视觉游戏，只要观众稍微向旁边移动一下位置，就会发现漏洞。

东京农工大学的研究人员展示了一种真正意义上的全息电影，其灵感来自于19世纪第一批电影放映机的连续回放过程。

这项技术的实现依赖于“超表面”技术，一种只有几纳米厚的薄膜，其微观结构经过人工设计，以实现某些自然材料不具备的特性——比如对光线的巧妙操纵。不同于传统材料，超表面上有许多尺寸极其微小、小于光波长的重复图案，通过这些特殊形状和特定排列，超材料可以改变光线的传播路径；而传统材料往往依靠其化学组分来控制光线传播。

研究人员印制了48个超材料矩形帧，这些超材料主要由黄金组成，衍射照射到表面的激光，在空气中产生真正的三维全息影像——就像莱娅公主的投影那样，且在房间内多个角度都可以看到。

图1 研究人员展示了一种真全息电影技术，其灵感来自于 19世纪第一批电影放映机的连续回放过程。东京农工大学Kentaro Iwami供图

每个超材料帧都有些许不同，如同一卷赛璐珞胶片一般，48个超材料帧共同组成了一个旋转的地球影像。影像以每秒30帧的速度按顺序重新构建每一帧来回放，这是多数直播电视中使用的帧速率。

“我们使用氦氖激光器作为光源，得到红色的全息图像，”该系统的开发工程师之一Kentaro Iwami说，“我们的终极目标是产生全彩图像，而且希望从任何角度都可以看到‘整个半球’的3D投影。”

48帧图像是使用电子束光刻打印机六个小时打印出来的成果，而这仅仅是时长非常短的全息短片。研究人员估计，要制作一部时长六分钟的全息电影需要800多小时的时间。