近日，上海理工大学方心远研究员、顾敏院士团队在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上发表题为“基于电流寻址模式复用的GHz动态全息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动态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学院胡晓楠同学，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刷新率动态全息芯片概念图
两难困局：传统全息系统“体积”与“速度”的双重枷锁
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，传统动态全息系统依赖空间光调制器（SLM）或数字微镜设备（DMD）等外部器件，搭配体积庞大的激光源，导致系统复杂、难以小型化。这不仅限制了其在便携设备中的应用，也使得动态刷新率难以提升，通常仅停留在kHz级别。随着元宇宙、自动驾驶、6G通讯等未来产业的快速发展，市场对高速、紧凑型三维信息交互技术的需求日益迫切。上理工团队此次的研究，正是直击这一痛点，通过半导体激光器与全息元件的单片集成，实现了“鱼与熊掌兼得”。
破局之策：电流像智能钥匙一样切换光模式
研究团队的创新思路令人拍案叫绝：他们发现，多模垂直发射激光器（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）状态的光学模式。研究人员设计了特殊的“光编码器”（OAM复用全息图），将不同的图像信息分别编码到这些光模式上。当需要显示某幅图像时，只需切换对应的注入电流，激光器就会自动输出匹配的光模式，从而“解锁”目标图像。
制造工艺：纳米光刻如微雕艺术集成全息图
实现芯片化的关键，是团队采用的3D激光纳米打印技术，他们在比头发丝还细的激光器端面上，直接“雕刻”出精细的光学结构。每个单元只有100微米见方，却集成了激光源和全息器件于一身。团队构建了2×2阵列的芯片，实现1.93 GHz的超高全息刷新速率，比现有商用全息设备快六个数量级。这意味着它可以在1秒内完成传统设备需要一个月才能完成的全息帧切换。更值得一提的是，该芯片还具备动态3D显示能力，通过切换不同注入电流，可在不同成像平面呈现清晰的全息图像。
“这好比从乡间小路跃升到磁悬浮轨道。”方心远打比方说，“我们的芯片不仅小如沙粒，而且快如闪电，为实时全息通信铺平了道路。”
团队积淀：从基础研究到产业需求的转型之路
智能科技学院顾敏院士、方心远研究员团队在OAM信息光子学领域深耕多年。早在2020年，团队在《Nature Photonics》上首次提出超宽带OAM全息技术，开创了高安全全息加密的新方向；2025年，团队又在《Science Advances》推出AI赋能的彩色OAM全息技术，实现了智能化全息编码。此次工作则以应用场景为牵引，聚焦于产业需求，将基础研究转化为芯片级解决方案，标志着团队从理论创新向应用驱动的转型。
“我们的研究思路已经从‘能做什么’转向‘需要什么’。这项突破不是实验室的摆设，而是为解决产业痛点而生,同时为合成光学人工智能技术奠定了硬件基础。”顾敏院士表示。
未来图景：解锁高速三维信息交互的多元应用场景
这项技术的突破，为未来信息产业的高速三维信息交互场景打开全新想象空间。在VR/AR领域，芯片级全息显示可集成于轻便眼镜中，近乎零延迟的全息显示将彻底消除用户的眩晕感，带来沉浸式体验；在高速光通信领域，GHz级刷新率可使数据传输速度提升数个量级，为6G通信奠定硬件基础；在自动驾驶领域，全息雷达可实现实时三维环境感知与导航；在医疗成像领域，微型内窥镜可实现体内器官的三维实时成像。
这颗小小的"全息芯"，就像一粒种子，正在孕育着下一代三维信息处理技术的革命。未来，我们或许能用上如纸般轻薄的全息手机，体验如真实世界般的虚拟现实——这一切，都从这项突破性技术开始。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-68938-8
