在美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)的具有高影響力的研究期刊《光學(xué)》雜志上，發(fā)表了一篇以日本宇都宮大學(xué)的Yoshio Hayasaki為領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究，證明了其容積中的氣泡顯示可用于創(chuàng)造多變的彩色圖形的能力。
“要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)彩色的可更新的立體顯示是具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)樵S多三維像素或體素，用不同的顏色要形成立體圖形，”Kota Kumagai說(shuō)，他是文章的第一作者。“在我們的顯示中，微泡體素的三維結(jié)構(gòu)是使用聚焦的飛秒激光脈沖在液體中產(chǎn)生的。氣泡圖形可以通過(guò)改變照明光的顏色來(lái)著色。”
雖然這項(xiàng)新的工作是一種概念證明，該技術(shù)可能有一天實(shí)現(xiàn)全彩可更新的體積立體顯示。這些類(lèi)型的顯示器可用于藝術(shù)或博物館的展品，觀眾可以以所有的方式在顯示目標(biāo)周?chē)M(jìn)行觀看。他們也正在探索，幫助醫(yī)生在手術(shù)前可視化病人的解剖或?qū)崿F(xiàn)軍事中先前的對(duì)地形和建筑物等目標(biāo)的研究的使命。
“這種體積氣泡顯示是最適合如博物館和水族館的公共設(shè)施中進(jìn)行應(yīng)用的，目前，系統(tǒng)設(shè)置是大的和昂貴的，”Kumagai說(shuō)。“然而，在未來(lái)，我們希望改善的激光源和光學(xué)設(shè)備的大小和成本，以創(chuàng)建一個(gè)較小的系統(tǒng)，且是個(gè)人應(yīng)用可以負(fù)擔(dān)得起的。”
利用激光制作氣泡
對(duì)于新的顯示氣泡的現(xiàn)象稱(chēng)為多光子吸收創(chuàng)造，這是發(fā)生在飛秒激光多光子吸收的點(diǎn)處的光聚焦情形下的。多光子吸收使得研究人員在非常精確的位置能夠創(chuàng)建微泡，通過(guò)移動(dòng)激光聚焦到一個(gè)充滿(mǎn)液體的容器中，作為一個(gè)“屏幕”的不同部分。使用高粘度或密集的液體，防止液體中形成泡沫，但是泡泡一旦形成，立即上升到液體的頂部位置。
當(dāng)外部光源例如鹵素?zé)艋虼蠊β实腖ED發(fā)出光散射到泡沫上時(shí)就會(huì)形成可視化的圖形。研究人員通過(guò)將發(fā)光二極管的顏色轉(zhuǎn)換成白色、紅色、藍(lán)色和綠色來(lái)制作單色圖像。他們還說(shuō)明，用投影儀照明圖形可以在圖像的不同區(qū)域產(chǎn)生不同的顏色。
相比一個(gè)接一個(gè)地創(chuàng)建每個(gè)泡泡，研究人員使用計(jì)算機(jī)生成的全息圖形成激光3D模式，讓他們控制的微泡體素的數(shù)量和形狀。這種方法也增加了從微氣泡散射光的量，使圖像更明亮。
在論文中，研究人員展示了他們的技術(shù)，通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)序列的2D泡泡圖像的美人魚(yú)，3D渲染的兔子，和2D海豚圖形分別具有四種不同的顏色。他們還發(fā)現(xiàn)，微泡泡的形成取決于激光的照射能量，對(duì)比度可通過(guò)改變用于照射液體激光脈沖數(shù)修正。
“我們的氣泡圖形具有寬視角和可更新的且彩色的特點(diǎn)，”Kumagai說(shuō)。“雖然我們的第一個(gè)立體圖形在毫米尺度，我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)可更新的全彩色立體顯示的第一步。”
研究人員現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將使用液體內(nèi)的氣泡爆裂特性，使圖像被改變或清除。他們也在研究可以形成更大圖形的方法，這需要克服由液體屏幕、玻璃夾持的液體和空氣的折射率不匹配所引起的球面像差等問(wèn)題。
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