用于靜態(tài)體三維立體顯示的新型發(fā)光材料的設(shè)計(jì)、制備和光學(xué)性能研究.pdf

1、由于三維立體顯示技術(shù)在醫(yī)療、國(guó)防、軍事和航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景,從20世紀(jì)80年代開(kāi)始,各國(guó)政府、公司和研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始著力研究三維立體顯示技術(shù),日本和歐盟等國(guó)更是推行國(guó)家研究計(jì)劃。體積式三維顯示技術(shù)是在真實(shí)顯示媒介中顯示立體影像,因此觀察其顯示的立體影像如同觀察真實(shí)物體,觀察者可以圍繞顯示體360°進(jìn)行觀察,并且無(wú)需佩戴任何頭盔或者眼鏡,這使得體積式三維顯示技術(shù)能超越以往任何三維顯示技術(shù)。因此從20世紀(jì)90年代末以來(lái),體積式三維立

2、體顯示受到越來(lái)越多的重視。
　　 本文系統(tǒng)評(píng)述了三維立體顯示技術(shù)的研究進(jìn)展以及目前存在的問(wèn)題。介紹了與我們提倡的三維立體顯示技術(shù)相關(guān)的多光子吸收理論、飛秒激光的特性及應(yīng)用以及微晶玻璃的核化晶化理論。研究了可用于三維立體顯示技術(shù)的飛秒激光激發(fā)稀土離子摻雜微晶玻璃多光子吸收的上轉(zhuǎn)換發(fā)光、基于二階非線性的三維立體彩色顯示材料的研究以及利用飛秒激光誘導(dǎo)玻璃空間選擇性析出二階非線性光學(xué)晶體。并取得了一系列重要的結(jié)論和創(chuàng)新性成果,為靜態(tài)體三

3、維立體顯示技術(shù)開(kāi)辟了新的途徑。
　　 研究了氙燈和飛秒激光作為激光源激發(fā)下,Eu3+摻雜SrO-TiO2-SiO2和Sm3+摻雜BaO-TiO2-SiO2玻璃及微晶玻璃的發(fā)光現(xiàn)象和光譜性質(zhì),并通過(guò)研究飛秒激光激發(fā)下的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度與泵浦光功率之間的關(guān)系以及吸收光譜,推斷飛秒激光激發(fā)的Eu3+摻雜SrO-TiO2-SiO2和Sm3+摻雜BaO-TiO2-SiO2玻璃及微晶玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光均為雙光子過(guò)程。并探討了稀土離子摻雜微晶玻璃

4、的上轉(zhuǎn)換發(fā)光增強(qiáng)機(jī)制為:飛秒激光的倍頻光與稀土離子之間的能量傳遞。
　　 通過(guò)對(duì)玻璃組分和晶化條件的優(yōu)化,制備了高性能的SrO-TiO2-SiO2和BaO-TiO2-SiO2微晶玻璃。在SrO-TiO2-SiO2微晶玻璃中,Sr2TiSi2O8微晶尺寸約為20μm,每個(gè)微晶均是由片狀單晶片疊加而成。在BaO-TiO2-SiO2微晶玻璃中,Ba2TiSi2O8微晶尺寸約為200nm,微晶呈現(xiàn)雪花狀。
　　 研究了飛秒激光激

5、發(fā)下微晶玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光強(qiáng)度與泵浦光功率之間的關(guān)系,認(rèn)為飛秒激光激發(fā)的SrO-TiO2-SiO2和BaO-TiO2-SiO2微晶玻璃的上轉(zhuǎn)換發(fā)光也為二階諧波的雙光子過(guò)程,并且基于光學(xué)二階非線性的響應(yīng)速度為200飛秒左右,發(fā)光光斑尺寸甚至可達(dá)到50μm。基于不同波長(zhǎng)飛秒激光激發(fā)SrO-TiO2-SiO2和BaO-TiO2-SiO2徼晶玻璃的發(fā)光特性,成功演示了在同一塊微晶玻璃材料中實(shí)現(xiàn)彩色三維立體顯示。
　　 研究了高重復(fù)頻率飛秒

6、激光誘導(dǎo)Ag+摻雜BaO-TiO2-siO2玻璃空間選擇性析出二階非線性光學(xué)晶體Ba2Tisi2O8的現(xiàn)象及其機(jī)理分析。發(fā)現(xiàn)Ag+離子摻雜玻璃的晶體析出閾值時(shí)間和晶體析出閾值功率與未摻雜玻璃相比,均有很大幅度的降低,主要是由于Ag納米團(tuán)簇的形成,并且在Ba2TiSi2O8晶體析出過(guò)程中有成核劑的作用;此外,Ag納米團(tuán)簇在400nm處呈現(xiàn)很強(qiáng)的等離子體共振,因此Ag納米團(tuán)簇能通過(guò)雙光子過(guò)程吸收飛秒激光光子。
　　 研究了高重復(fù)頻率

7、飛秒激光誘導(dǎo)Er3+摻雜BaO-TiO2-SiO2玻璃空間選擇性析出二階非線性光學(xué)晶體Ba2TiSi2O8的現(xiàn)象及其機(jī)理分析。發(fā)現(xiàn)Er3+離子摻雜玻璃的晶體析出閾值時(shí)間與未摻雜玻璃相比有很大延長(zhǎng),我們認(rèn)為主要是由于在飛秒激光誘導(dǎo)Er3+摻雜Bao-TiO2-SiO2玻璃析晶過(guò)程中,飛秒激光首先激發(fā)Er3+離子綠色上轉(zhuǎn)換發(fā)光,使得飛秒激光消耗其部分能量,只有剩余激光能量誘導(dǎo)玻璃晶體析出。
　　 研究了高重復(fù)頻率飛秒激光誘導(dǎo)Eu3+

8、和Sm3+離子摻雜的BaO-TiO2-SiO2玻璃空間選擇性析出二階非線性光學(xué)晶體Ba2TiSi2O8的現(xiàn)象及其機(jī)理分析。發(fā)現(xiàn)在飛秒激光照射開(kāi)始階段,在飛秒激光聚焦區(qū)域只有白光出現(xiàn),當(dāng)有非線性晶體析出時(shí),藍(lán)色和紅色發(fā)光在聚焦區(qū)域同時(shí)產(chǎn)生。我們認(rèn)為主要原因是:飛秒激光經(jīng)Ba2TiSi2O8晶體產(chǎn)生的二次倍頻光被稀土離子吸收再通過(guò)能級(jí)躍遷產(chǎn)生其特征峰位發(fā)光,藍(lán)色和紅色發(fā)光同時(shí)出現(xiàn)在聚焦區(qū)域。此結(jié)果與第三章中所研究的飛秒激光激發(fā)稀土離子摻雜含