飞秒激光“点亮”空气形成3D影像

◎本报记者 刘志伟 吴纯新

伴随嗞嗞作响的击穿声，“虹拓”“科技日报”“五角星”等汉字和图形悬空呈现，肉眼能观、双手可触。7月19日，科技日报记者在武汉东湖高新区虹拓超快激光联合实验室见证了这一科幻场景。

“无需纸墨，一束光也可以凭空作画。”该实验室主任曹祥东说，团队最新研制的高能量、高峰值功率飞秒激光器，峰值功率密度达百万兆瓦级，聚起一束“最快的光”，把空气“点亮”。

激光显示“0”到“1”的突破

目前，大多数3D显示技术是利用双眼视觉差异及人脑虚拟合成的方式，在屏幕上呈现“伪3D图像”。最新的3D显示技术则使用三维物理空间来渲染图形，通过激光让每个体素(对应平面显示中的像素)发光或反射光，在三维空间中排列成像，让观众全角度、无死角观看到3D图像。

飞秒激光击穿空气形成的3D影像，真实存在。曹祥东介绍，这种基于飞秒激光诱导等离子体的真实3D显示技术，将高峰值功率的飞秒激光聚焦，达到每平方厘米100太瓦极高强度后击穿空气，诱导形成发光等离子体，采用3D扫描器将激光束进行扫描，对发光点阵进行排列组合，在空中形成各种文字或图案。

相比传统激光显示，飞秒激光显示技术优势明显，其显示介质为空气，不需要屏幕、水雾等，可将3D图像直接在空中呈现。同时，飞秒激光比纳秒激光的脉冲持续时间更短(1纳秒为十亿分之一秒，1飞秒为百万分之一纳秒)，所需能量更低，单点停留时间更短，具有更高安全性。

飞秒激光显示技术难在哪？

“今朝亮相，源自光影背后十余年潜心研究。”曹祥东说，飞秒激光曾被誉为光谷四大发明之一，他和团队致力于超快激光产业核心前沿技术研发和应用技术开发，在关键核心技术上全部国产化，实现完全独立自主。

击穿空气，需要100太瓦每平方厘米的能量密度，即飞秒激光在指甲盖大小面积上，达到100太瓦能量输出，在飞秒的时间尺度释放出来电离空气。“点亮”空气是飞秒激光综合技术水平的体现，依靠强大峰值功率的同时，平均功率仅几十瓦。

“我们的空中成像飞秒激光技术，显示亮度达到领先水平，客户比较了全球国内外多家公司产品，最终选择了我们。”曹祥东说。

曹祥东介绍，团队采用自主研发的先进飞秒激光技术，未来，将通过对飞秒激光脉冲时空分布进行复杂编辑和控制，精确调控体素的亮度、颜色及持续时间等特征参数，进一步升级飞秒激光器功率，实现超大幅面空中真实3D显示。 【编辑:房家梁】