浙大研发硅酸盐微晶玻璃实现全色三维立体显示 呈现真正3D世界

    浙江大学邱建荣教授课题组首次提出使用一种硅酸盐微晶玻璃，来实现全色三维立体显示。他们利用不同波长的红外基频光的激发，在这种微晶玻璃中产生纯的蓝色、绿色和红色的倍频光，并通过一组计算机控制的振镜，在微晶玻璃立方体中实现了红、绿、蓝三色立体图像的生成。

    近年来，三维立体电视和电影已经逐渐走入大众的娱乐生活。在观看立体电影或电视时，观众往往需要佩戴特殊的眼镜。这些眼镜使左眼和右眼分别看到不同角度拍摄的平面二维图像，最终通过人的视觉系统“合成”为立体图像。也就是说，这一技术并没有真正实现三维物理空间的显示，使人们能够在不同角度都能观察到所显示物体的图像和运动。

    在真实三维空间的显示主要基于光的折射、反射或者发光，目前有几种代表性的技术正在开发中，如全息显示，但是面临诸多技术瓶颈，基本仍停留在科幻电影中，还有就是如广场上的水幕电影，依赖于三维空间分布水滴对光的散射，但是分辨率较差，仅能显示简单的彩色动画。

图2. 基于透明微晶玻璃的三维显示

    a) 不同波长的红外激光在透明微晶玻璃中实现红、绿、蓝三种颜色的倍频上转换发光。微晶玻璃中，倍频晶体无择优取向，从而保证产生的倍频光在三维空间均匀分布；

    b) 在不同基频激发光下，激光焦点处的发光光谱及对应的照片；

    c) b图中发光点对应的色坐标。

    依赖于分布在三维空间中介质的发光来实现三维显示可以原则上重现真实三维物体，目前所使用的介质有气态、液态和固态三类。一种可行的方案是通过激光焦点在介质中快速扫描，在焦点形成的发光点（可基于上转换发光或电离发光）的运动轨迹可形成静态或者动态的图像。

    近日，浙江大学邱建荣教授课题组首次提出使用一种硅酸盐微晶玻璃，来实现全色三维立体显示。在这种微晶玻璃中分散有倍频晶体Ba2TiSi2O8（BTS），在近红外激光照射下，在焦点处会有倍频的上转换发光。在实验中，该课题组使用800 nm的飞秒激光器（脉宽：120 fs），通过OPA分别得到900 nm，1080 nm和1230 nm波长的激发光源。如图1所示，在不同基频光的激发下，在含有BTS晶体的微晶玻璃片中，产生了纯的蓝色、绿色和红色的倍频光，并且原则上通过不同组合，可以实现任意颜色的发光。在这基础上，他们制备了一尺寸为2.5×2.5×2.5 cm3的微晶玻璃立方体，通过一组计算机控制的振镜，在这一透明立方体中实现了红、绿、蓝三色立体图像的生成（图2）。

图3. 三维显示的实现

    a) 振镜扫描系统示意图；

    b) 使用不同波长的基频激发光，在BTS微晶玻璃块体中显示红色、绿色和蓝色物体。

    尽管这一技术推向应用还有很多困难需要克服，对于材料本身而言，大块微晶玻璃的制备仍十分困难。为了实现更大尺寸的显示，一个可行的解决方案是将倍频晶体纳米颗粒分散在液体中，得到透明胶体，可以实现1×1×1 m3级别的立体图像的显示。此外，这种基于倍频上转换发光的显示还可用于实现透明平板显示，如车载抬头显示等。

责编：邓蕊玲