2026年4月21日，Elsevier旗下光学领域知名期刊《Optics and Laser Technology》刊发精密仪器研究中心团队在计算全息成像领域最新成果，题为“Breaking crosstalk and speckle limits in multi-plane holography viak-space translation（通过k空间平移打破多平面全息中的串扰与散斑限制）”。博士生张震阳为论文第一作者，刘世元教授和朱金龙教授为通讯作者。

计算机生成全息技术（CGH）已得到广泛发展，并在诸多领域得到了广泛应用，例如：光学显示、光场操控、光捕获、加密以及信息存储等。尽管这些应用范围广泛且研究十分深入，但无论是传统全息技术还是超表面全息技术，在将成像空间从二维扩展到三维时，都不可避免地会遭遇严重的串扰问题。这种局限性源于将三维信息编码到二维全息图中，由于信息维度的不匹配导致与深度相关的投影之间不可避免地存在串扰。此外，现有主流的相位型全息图也会有明显的散斑效应。

针对上述问题，研究团队创新性地提出了一种基于随机梯度下降辅助的k空间平移方法(KT-SGD)，以实现无串扰和无斑点的多平面全息成像。为了实现无斑点的重建，我们采用了仅包含振幅的全息图编码方案，该方案能保留完整的物体波前信息，并消除仅包含相位的全息图所固有的散斑伪影。基于k空间平移策略，我们在傅里叶全息图框架内为不同深度的物体引入了不同的确定性倾斜相位。这能够保证重建场在焦面处实现空间分离，从而进一步有效减少平面间的串扰。

图1 KT-SGD方法示意图：a. 第一行为标准全息图设计方法，明显存在串扰；第二行为提出的KT-SGD设计方法，在不同平面间能够有效解决串扰问题；b. 所提出的KT-SGD方法的全息图优化流程。

实验表明，该方法能够有效解决多平面全息成像中的串扰问题，同时对散斑也有着明显的抑制作用。同时的此框架下优化得到的全息图的成像质量在PSNR与SSIM指标上均明显提升。为了进一步完善所提出方法，团队进行理论推导了由于采样导致的等效倾斜角概念的计算并且分析本方法理论上支持的最大成像平面数量。

图2a.有无采取K空间平移策略和有无使用随机梯度优化下四种情况的实验结果；b. 实验光路设置示意图；c. 针对复杂场景下的有无采取k空间平移策略和有无使用随机梯度优化下的仿真结果。

此外，研究团队还进一步验证了该方法的鲁棒性并且与现有的方法进行了对比。实验表明，所提出方法在平面间间距不断减小或者光路参数发生改变（如改变透镜焦距）的情况下仍能保持有效性。相比于传统的基于改进损失函数函数的逆向优化方法和基于引入高维噪声信号的方法，本方法能够实现串扰与散斑之间的权衡，从而达到最优的成像结果。

图3 实验结果：a. 不同平面间距下的实验结果；b. 与另外已有两种方法的实验结果对比。

这一工作提出了一套随机梯度下降辅助的k空间平移全息框架，能够实现无串扰、无散斑的多平面全息成像。该技术不仅提升了成像质量，还可能重塑全息成像的计算范式，具有广泛的应用前景，包括全息显示、光束整形和光刻制造等领域。

论文信息：

Z. Zhang, Z. Dong, L. Nie, J. Wang, J. Zhu, and S. Liu,"Breaking crosstalk and speckle limits in multi-plane holography via k-space translation," Opt. Laser Technol. 201, 109634 (2026).