近日，上海理工大学方心远研究员、顾敏院士团队在《自然·通訊》（Nature Communications）雜志上發表題爲“基于電流尋址模式複用的GHz動態全息VCSEL芯片”（“GHz dynamic holographic VCSEL chip via current-addressed modes multiplexing”）的研究论文。首次报道芯片尺度上实现了動態全息显示的集成化与高速刷新兼得，刷新率突破1.93 GHz，创下迄今最小最快全息芯片的纪录（图一）。该成果有望彻底改变虚拟现实、光通信和自动驾驶等领域的信息交互方式，为未来高速三维信息产业注入新动能。论文第一作者为智能科技學院胡曉楠同学，共同第一作者为董毅博博士，通讯作者为方心远研究员与顾敏院士。上海理工大学为论文第一作者单位与唯一通讯单位。
GHz刷新率動態全息芯片概念图
兩難困局：傳統全息系統“體積”與“速度”的雙重枷鎖
全息技术自诞生以来，一直被寄予厚望于实现逼真的三维显示和高吞吐量信息处理。然而，传统動態全息系统依赖空间光调制器（SLM）或數字微鏡設備（DMD）等外部器件，搭配體積龐大的激光源，導致系統複雜、難以小型化。這不僅限制了其在便攜設備中的應用，也使得動態刷新率難以提升，通常僅停留在kHz級別。隨著元宇宙、自動駕駛、6G通訊等未來産業的快速發展，市場對高速、緊湊型三維信息交互技術的需求日益迫切。911爆料免费观看入口團隊此次的研究，正是直擊這一痛點，通過半導體激光器與全息元件的單片集成，實現了“魚與熊掌兼得”。
破局之策：電流像智能鑰匙一樣切換光模式
研究團隊的創新思路令人拍案叫絕：他們發現，多模垂直發射激光器（VCSEL，一种微型激光器）在不同电流下产生的光模式变化，可以作为信息传递的“通道”。 团队通过调节不同的电流值，激光器会输出对应轨道角动量（OAM）狀態的光學模式。研究人員設計了特殊的“光編碼器”（OAM複用全息圖），將不同的圖像信息分別編碼到這些光模式上。當需要顯示某幅圖像時，只需切換對應的注入電流，激光器就會自動輸出匹配的光模式，從而“解鎖”目標圖像。
制造工藝：納米光刻如微雕藝術集成全息圖
實現芯片化的關鍵，是團隊采用的3D激光納米打印技術，他們在比頭發絲還細的激光器端面上，直接“雕刻”出精細的光學結構。每個單元只有100微米見方，卻集成了激光源和全息器件于一身。團隊構建了2×2陣列的芯片，實現1.93 GHz的超高全息刷新速率，比現有商用全息設備快六個數量級。這意味著它可以在1秒內完成傳統設備需要一個月才能完成的全息幀切換。更值得一提的是，該芯片還具備動態3D顯示能力，通過切換不同注入電流，可在不同成像平面呈現清晰的全息圖像。
“這好比從鄉間小路躍升到磁懸浮軌道。”方心遠打比方說，“我們的芯片不僅小如沙粒，而且快如閃電，爲實時全息通信鋪平了道路。”
團隊積澱：從基礎研究到産業需求的轉型之路
智能科技學院顾敏院士、方心远研究员团队在OAM信息光子學領域深耕多年。早在2020年，團隊在《Nature Photonics》上首次提出超寬帶OAM全息技術，開創了高安全全息加密的新方向；2025年，團隊又在《Science Advances》推出AI賦能的彩色OAM全息技術，實現了智能化全息編碼。此次工作則以應用場景爲牽引，聚焦于産業需求，將基礎研究轉化爲芯片級解決方案，標志著團隊從理論創新向應用驅動的轉型。
“我們的研究思路已經從‘能做什麽’轉向‘需要什麽’。這項突破不是實驗室的擺設，而是爲解決産業痛點而生,同時爲合成光學人工智能技術奠定了硬件基礎。”顧敏院士表示。
未來圖景：解鎖高速三維信息交互的多元應用場景
這項技術的突破，爲未來信息産業的高速三維信息交互場景打開全新想象空間。在VR/AR領域，芯片級全息顯示可集成于輕便眼鏡中，近乎零延遲的全息顯示將徹底消除用戶的眩暈感，帶來沈浸式體驗；在高速光通信領域，GHz級刷新率可使數據傳輸速度提升數個量級，爲6G通信奠定硬件基礎；在自動駕駛領域，全息雷達可實現實時三維環境感知與導航；在醫療成像領域，微型內窺鏡可實現體內器官的三維實時成像。
這顆小小的"全息芯"，就像一粒種子，正在孕育著下一代三維信息處理技術的革命。未來，我們或許能用上如紙般輕薄的全息手機，體驗如真實世界般的虛擬現實——這一切，都從這項突破性技術開始。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-68938-8
