在玻璃中创建体积 3D 显示器

新研究使用稀土掺杂玻璃来克服现有 3D 成像系统的局限性。该研究开发了掺杂稀土离子（钬 （Ho）、铥 （Tm）、钕 （Nd） 和镱 （Yb））的玻璃材料，当被特定激光波长激发时，这些离子会发出红光、绿光和蓝光。这些材料允许可调谐、高纯度的彩色发射，以直接在玻璃内构建动态的三维图像。简单来说，研究人员创造了一种特殊的玻璃，当用激光照射时，无需眼镜或外部屏幕即可显示生动的 3D 视觉效果，从而有效地将玻璃本身转变为显示器。

（a） 通过将形状映射到网格并将其坐标输入软件来创建形状。

（b） 两个波形发生器用于控制反射镜并调整频率、脉冲宽度和功率等激光设置以创建图像。

（c） 照片显示了玻璃中形成的彩色图像：一个红色圆圈（左）使用连续 980 nm 激光，一只绿色的鸟（中）使用脉冲 980 nm 激光，一只蓝（右）使用连续 808 nm 激光。

（d） 图表解释了图像是如何制作的，以及在 980 nm 脉冲激光下在玻璃中创建的绿色立方体和圆柱体的侧视图，在光明和黑暗中显示。（来源： Yildiz 技术大学）

通过使用 808 nm 和 980 nm 波长的双激光激发，研究人员通过优化玻璃基体内稀土离子之间的能量转移实现了全色发射。这种方法通过仔细调整光线和材料属性的交互来显示 RGB 颜色，解决了以前的挑战，例如颜色可调性不足或需要复杂的多层结构。该系统允许生成复杂的图像，包括旋转对象或移动形状等动画，使显示具有多功能性和吸引力。

研究人员实现了覆盖 79.88% 标准 RGB 光谱的色域。虽然略低于使用三个激光源的系统，但材料设计的简单性和可扩展性提供了实用优势。钕离子的掺入显著改善了蓝色发射，这是类似系统的先前限制。

据研究人员称，他们基于玻璃的方法是可扩展的，并产生高质量的视觉效果。它具有在教育、医学和设计等领域使用的潜力。

参考

Ekim， U.， Özkutay， D.， Çelikbilek Ersundu， M. 等人。全彩动态体积显示，具有来自 RE 的可调上转换发射3+-近红外激光激发下的掺杂玻璃（RE = Ho、Tm、Nd、Yb）。光科学应用14， 15 （2025）。https://doi.org/10.1038/s41377-024-01672-2