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研究人员利用激光制作气泡创建三维图像

导读: 研究人员已经开发出一种全新的显示器,它通过使用激光在液体的“屏幕”中形成微小的气泡来创建三维图像,而不是在平面上绘制3D场景,显示器本身是三维的,以一种具有容积的结构。

研究人员已经开发出一种全新的显示器,它通过使用激光在液体的“屏幕”中形成微小的气泡来创建三维图像,而不是在平面上绘制3D场景,显示器本身是三维的,以一种具有容积的结构。这可以在没有任何3D眼镜或耳机的情况下让观众看到一个三维图像中的柱状显示。

在美国光学学会的具有高影响力的研究期刊《光学》杂志上,发表了一篇以日本宇都宫大学的Yoshio Hayasaki为领导的一项研究,证明了其容积中的气泡显示可用于创造多变的彩色图形的能力。

“要创建一个彩色的可更新的立体显示是具有挑战性的,因为许多三维像素或体素,用不同的颜色要形成立体图形,”Kota Kumagai说,他是文章的第一作者。“在我们的显示中,微泡体素的三维结构是使用聚焦的飞秒激光脉冲在液体中产生的。气泡图形可以通过改变照明光的颜色来着色。”

虽然这项新的工作是一种概念证明,该技术可能有一天实现全彩可更新的体积立体显示。这些类型的显示器可用于艺术或博物馆的展品,观众可以以所有的方式在显示目标周围进行观看。他们也正在探索,帮助医生在手术前可视化病人的解剖或实现军事中先前的对地形和建筑物等目标的研究的使命。

“这种体积气泡显示是最适合如博物馆和水族馆的公共设施中进行应用的,目前,系统设置是大的和昂贵的,”Kumagai说。“然而,在未来,我们希望改善的激光源和光学设备的大小和成本,以创建一个较小的系统,且是个人应用可以负担得起的。”

利用激光制作气泡

对于新的显示气泡的现象称为多光子吸收创造,这是发生在飞秒激光多光子吸收的点处的光聚焦情形下的。多光子吸收使得研究人员在非常精确的位置能够创建微泡,通过移动激光聚焦到一个充满液体的容器中,作为一个“屏幕”的不同部分。使用高粘度或密集的液体,防止液体中形成泡沫,但是泡泡一旦形成,立即上升到液体的顶部位置。

当外部光源例如卤素灯或大功率的LED发出光散射到泡沫上时就会形成可视化的图形。研究人员通过将发光二极管的颜色转换成白色、红色、蓝色和绿色来制作单色图像。他们还说明,用投影仪照明图形可以在图像的不同区域产生不同的颜色。

相比一个接一个地创建每个泡泡,研究人员使用计算机生成的全息图形成激光3D模式,让他们控制的微泡体素的数量和形状。这种方法也增加了从微气泡散射光的量,使图像更明亮。

在论文中,研究人员展示了他们的技术,通过创建一个序列的2D泡泡图像的美人鱼,3D渲染的兔子,和2D海豚图形分别具有四种不同的颜色。他们还发现,微泡泡的形成取决于激光的照射能量,对比度可通过改变用于照射液体激光脉冲数修正。

“我们的气泡图形具有宽视角和可更新的且彩色的特点,”Kumagai说。“虽然我们的第一个立体图形在毫米尺度,我们实现了对可更新的全彩色立体显示的第一步。”

研究人员现在正在开发一个系统,该系统将使用液体内的气泡爆裂特性,使图像被改变或清除。他们也在研究可以形成更大图形的方法,这需要克服由液体屏幕、玻璃夹持的液体和空气的折射率不匹配所引起的球面像差等问题。

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