浙大研發硅酸鹽微晶玻璃實現全色三維立體顯示 呈現真正3D世界

    浙江大學邱建榮教授課題組首次提出使用一種硅酸鹽微晶玻璃，來實現全色三維立體顯示。他們利用不同波長的紅外基頻光的激發，在這種微晶玻璃中產生純的藍色、綠色和紅色的倍頻光，并通過一組計算機控制的振鏡，在微晶玻璃立方體中實現了紅、綠、藍三色立體圖像的生成。

    近年來，三維立體電視和電影已經逐漸走入大眾的娛樂生活。在觀看立體電影或電視時，觀眾往往需要佩戴特殊的眼鏡。這些眼鏡使左眼和右眼分別看到不同角度拍攝的平面二維圖像，最終通過人的視覺系統“合成”為立體圖像。也就是說，這一技術并沒有真正實現三維物理空間的顯示，使人們能夠在不同角度都能觀察到所顯示物體的圖像和運動。

    在真實三維空間的顯示主要基于光的折射、反射或者發光，目前有幾種代表性的技術正在開發中，如全息顯示，但是面臨諸多技術瓶頸，基本仍停留在科幻電影中，還有就是如廣場上的水幕電影，依賴于三維空間分布水滴對光的散射，但是分辨率較差，僅能顯示簡單的彩色動畫。

圖2. 基于透明微晶玻璃的三維顯示

    a) 不同波長的紅外激光在透明微晶玻璃中實現紅、綠、藍三種顏色的倍頻上轉換發光。微晶玻璃中，倍頻晶體無擇優取向，從而保證產生的倍頻光在三維空間均勻分布；

    b) 在不同基頻激發光下，激光焦點處的發光光譜及對應的照片；

    c) b圖中發光點對應的色坐標。

    依賴于分布在三維空間中介質的發光來實現三維顯示可以原則上重現真實三維物體，目前所使用的介質有氣態、液態和固態三類。一種可行的方案是通過激光焦點在介質中快速掃描，在焦點形成的發光點（可基于上轉換發光或電離發光）的運動軌跡可形成靜態或者動態的圖像。

    近日，浙江大學邱建榮教授課題組首次提出使用一種硅酸鹽微晶玻璃，來實現全色三維立體顯示。在這種微晶玻璃中分散有倍頻晶體Ba2TiSi2O8（BTS），在近紅外激光照射下，在焦點處會有倍頻的上轉換發光。在實驗中，該課題組使用800 nm的飛秒激光器（脈寬：120 fs），通過OPA分別得到900 nm，1080 nm和1230 nm波長的激發光源。如圖1所示，在不同基頻光的激發下，在含有BTS晶體的微晶玻璃片中，產生了純的藍色、綠色和紅色的倍頻光，并且原則上通過不同組合，可以實現任意顏色的發光。在這基礎上，他們制備了一尺寸為2.5×2.5×2.5 cm3的微晶玻璃立方體，通過一組計算機控制的振鏡，在這一透明立方體中實現了紅、綠、藍三色立體圖像的生成（圖2）。

圖3. 三維顯示的實現

    a) 振鏡掃描系統示意圖；

    b) 使用不同波長的基頻激發光，在BTS微晶玻璃塊體中顯示紅色、綠色和藍色物體。

    盡管這一技術推向應用還有很多困難需要克服，對于材料本身而言，大塊微晶玻璃的制備仍十分困難。為了實現更大尺寸的顯示，一個可行的解決方案是將倍頻晶體納米顆粒分散在液體中，得到透明膠體，可以實現1×1×1 m3級別的立體圖像的顯示。此外，這種基于倍頻上轉換發光的顯示還可用于實現透明平板顯示，如車載抬頭顯示等。

責編：鄧蕊玲