Голографический оптический элемент (ГОЭ) — это оптический компонент (зеркало, линза, направленный рассеиватель и т. д.), создающий голографические изображения с использованием принципов дифракции .. HOE чаще всего используется в прозрачных дисплеях, трехмерных изображениях и некоторых технологиях сканирования. Форма и структура HOE зависят от аппаратного обеспечения, для которого оно необходимо, а теория связанных волн является распространенным инструментом, используемым для расчета дифракционной эффективности или объема решетки, который помогает при проектировании HOE. Ранние концепции голографического оптического элемента можно проследить до середины 1900-х годов, что близко совпадает с началом голографии, придуманным Деннисом Габором. Применение 3D-визуализации и дисплеев, в конечном счете, является конечной целью HOE; однако стоимость и сложность устройства препятствовали быстрому развитию полной 3D-визуализации. HOE также используется при разработке дополненной реальности (AR) .такими компаниями, как Google с Google Glass, или в исследовательских университетах, которые хотят использовать HOE для создания 3D-изображений без использования очков или головных уборов. Кроме того, способность HOE обеспечивать прозрачные дисплеи привлекла внимание американских военных при разработке улучшенных дисплеев на лобовом стекле (HUD), которые используются для отображения важной информации для пилотов самолетов. [1] [2] [3]
Голографический оптический элемент тесно связан с голографией (наукой о создании голограмм) — термином, предложенным Деннисом Габором в 1948 году. С тех пор как возникла идея голографии, в течение следующих нескольких десятилетий было сделано многое для создания голограмм. Примерно в 1960-х Юрий Николаевич Денисюк, аспирант из Ленинграда признал, что, возможно, фронт волны света может быть зарегистрирован как стоячая волна в фотоэмульсии (световой кристалл) с использованием монохроматического света, который затем может отражать свет назад, чтобы воспроизвести фронт волны. По сути, это описывает голографическое зеркало (одно из первых созданных HOE) и устраняет проблему наложения изображений. Однако практической пользы от предложения Денсиюка было мало, и его коллеги отклонили его результаты. Только в середине 1960-х предложения Денсиюка вновь всплыли на поверхность после некоторого развития со стороны Эммета Лейта и Юриса Упатниекса. Эти два сотрудника кодировали и реконструировали изображения с помощью двухэтапного процесса голограммы на фотопрозрачной пленке. В других экспериментах с голографическими инструментами, такими как голографическая стереограмма, разработанная Ллойдом Кроссом в 1970-х годах, использовался процесс визуализации, разработанный Лейтом и Уптаниексом, и они были организованы в виде вертикальных полос, изогнутых в цилиндр. Эти полосы действуют как апертура, через которую проходит свет, поэтому, когда зритель смотрит сквозь них, можно увидеть трехмерное изображение. Это демонстрирует очень простую версию концепции дифракции, которая до сих пор используется в производстве HOE и прототипа для 3D-очков.[4]
HOE отличаются от других оптических устройств тем, что они не искривляют свет кривизной и формой. Вместо этого они используют принципы дифракции (распределение света при прохождении через апертуру) для дифракции световых волн путем восстановления нового волнового фронта с использованием соответствующего профиля материала, что делает HOE типом дифракционного оптического элемента (DOE). [1]Существуют два распространенных типа HOE: объемные HOE и тонкие зависимые HOE. Тонкий HOE (содержащий тонкий слой голографической решетки) имеет низкую эффективность дифракции, заставляя световые лучи преломляться в разных направлениях. И наоборот, объемные типы HOE (содержащие несколько слоев голографических решеток) более эффективны, поскольку они лучше контролируют направление света из-за высокой дифракционной эффективности. Большинство вычислений, выполняемых для создания HOE, обычно представляют собой HOE объемного типа. [5]