Forskere bruger lasergenererede bobler til at skabe 3D-billeder i væske

Forskere har udviklet en helt ny type skærm, der skaber 3D-billeder ved at bruge en laser til at danne små bobler inde i en flydende "skærm". I stedet for at gengive en 3D-scene på en flad overflade, selve displayet er tredimensionelt, en egenskab kendt som volumetrisk. Dette giver seerne mulighed for at se et 3D-billede i søjledisplayet fra alle vinkler uden 3D-briller eller headset.

I The Optical Society's journal for high impact research, Optica , forskere ledet af Yoshio Hayasaki fra Utsunomiya University, Japan, demonstrerede deres volumetriske bobledisplays evne til at skabe foranderlig farvegrafik.

"Det er en udfordring at skabe en fuldfarve-opdaterbar volumetrisk skærm, fordi mange tredimensionelle pixels, eller voxels, med forskellige farver skal dannes for at lave volumetrisk grafik, " sagde Kota Kumagai, avisens første forfatter. "I vores display, mikroboble-voxerne er tredimensionelt genereret i en væske ved hjælp af fokuserede femtosekund-laserimpulser. Boblegrafikken kan farves ved at ændre farven på belysningslyset."

Selvom det nye værk er et proof of concept, teknologien vil måske en dag tillade fuldfarve-opdaterbare volumetriske skærme. Disse typer udstillinger kan bruges til kunst eller museumsudstillinger, hvor seerne kan gå hele vejen rundt om skærmen. De bliver også udforsket for at hjælpe læger med at visualisere en patients anatomi før operationen eller lade militæret studere terræn og bygninger før en mission.

"Den volumetriske bobledisplay er mest velegnet til offentlige faciliteter såsom et museum eller et akvarium, fordi i øjeblikket, systemopsætningen er stor og dyr, sagde Kumagai. i fremtiden, vi håber at forbedre størrelsen og omkostningerne ved laserkilden og optiske enheder for at skabe et mindre system, der kan være overkommeligt til personlig brug."

Brug af lasere til at lave bobler

Boblerne til den nye skærm er skabt af et fænomen kendt som multifotonabsorption, som opstår, når flere fotoner fra en femtosekundlaser absorberes på det punkt, hvor lyset er fokuseret. Multifotonabsorption gjorde det muligt for forskerne at skabe mikrobobler på meget præcise steder ved at flytte laserlysets fokus til forskellige dele af en væskefyldt kuvette, der fungerede som en "skærm". Ved at bruge en høj viskositet, eller tyk, væske forhindrer boblerne, engang dannet, fra straks at stige til toppen af ​​væsken.

Boblegrafikken kan ses, når den spreder lys fra en ekstern lyskilde, såsom en halogenlampe eller højeffekt LED. Forskerne producerede monokromatiske billeder i hvidt, rød, blå og grøn ved at skifte farven på den lysende LED. De siger, at belysning af grafikken med en projektor kunne skabe forskellige farver i forskellige områder af billedet.

I stedet for at skabe hver boble én efter én, forskerne brugte et computergenereret hologram til at danne 3D-mønstre af laserlys, der lod dem kontrollere antallet og formerne af mikroboble-voxelerne. Denne tilgang øgede også mængden af ​​lys spredt fra mikroboblerne, gør billederne lysere.

I avisen, forskerne demonstrerer deres teknik ved at skabe en sekvens af 2D boblebilleder af en havfrue, en 3D-gengivet kanin, og 2D delfingrafik i fire forskellige farver. De viste også, at dannelsen af ​​mikrobobler afhænger af laserens bestrålingsenergi, og at kontrasten kunne modificeres ved at ændre antallet af laserimpulser, der bruges til at bestråle væsken.

"Vores boblegrafik har en bred betragtningsvinkel og kan opdateres og farves, " sagde Kumagai. "Selvom vores første volumetriske grafik er på skalaen millimeter, vi nåede det første skridt i retning af et opdaterbart fuld-farve volumetrisk display."

Forskerne er nu ved at udvikle et system, der ville bruge en strøm inde i væsken til at sprænge boblerne, gør det muligt at ændre eller slette billedet. De arbejder også på metoder, der kan tillade dannelsen af ​​større grafik, som kræver at overvinde sfæriske aberrationer forårsaget af brydningsindeksmisforholdet mellem væskeskærmen, glasset med væsken, og luft.