面向上转换显示技术的激发光扫描装置设计及其实际应用
发布时间：2022-01-10 08:39
3D显示技术是虚拟现实的关键技术之一,3D显示技术可以表现图像物理层面的深度感,常被应用于影视娱乐、军事、视频通信等领域。多光子频率上转换发光是一个反斯托克斯发光过程。基于上转换发光原理的显示技术可实现不借助眼镜、头盔等外部设备,多人多角度实时观察的真三维显示。在上转换发光材料中通过激光照射可以激发像素点,再通过控制像素点的空间坐标,可实现可见光斑在介质中任一位置的呈现。基于这一原理,辅助以设计制备的激发光光源三维扫描装置,即可实现在透明显示介质中的真三维显示。目前,在材料制备领域已经通过提高晶体生长技术、制备掺杂纳米粒子的有机-无机复合材料等手段制备出了光学性质优异的上转换发光块体介质材料。但是,如何在这类透明的块体材料中保持激光的点状聚焦,如何实现像素点动态显示等问题仍然是上转换真三维显示领域的技术难点。本论文针对以上问题,设计并搭建了激发光三维聚焦扫描系统,并制备了具有红色上转换发光的有机无机复合介质,并在该介质中实现了真三维显示。主要研究内容如下:（1）基于上转换发光真三维显示原理,设计并制备了激发光三维聚焦扫描装置。该装置包括:二维振镜、激发光光源、控制板卡、准直扩束装置、聚...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：48 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
六种上转换发光的能量传递机理[6]；Ion1，Ion2，Ion3表示三种离子；E1，E2，E3分别表示基态能级，亚稳态能级和激发态能级，
4机控制的扫描系统控制发光点在显示介质内的空间位置，完成了三维图像的再现。但这些固体材料存在制备困难、大块材料成本高等缺点。图1.2（a）铷蒸汽中绘制的立方体图[7]；（b）特殊波长激光照射铷蒸汽效果图[7]随着纳米技术的发展，纳米材料的制备方法日益成熟。研究人员将无机纳米粒子掺杂在聚合物基质中，制备了有机-无机纳米复合材料。将无机的纳米粒子引进有机的聚合物基质中能够将两者的优势集于一身。2010年，新加坡的刘晓刚教授研究组[10]将稀土纳米粒子掺杂在聚二甲基硅氧烷（PDMS）聚合物中，制备了纳米晶体/PDMS复合材料，在自然光下材料图片如图1.3(a)所示，可以看出材料具有良好的透明度。在激发光照射下，在材料中实现了三维图像的显示，如图1.3(b)所示。2018年，张培培[11]等利用具有高上转换效率的NaYF4纳米晶作为复合材料的掺杂剂，采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为基质材料制备成了可以作为真三维显示介质的纳米复合材料，如图1.4（a）所示，相应复合材料在980nm激发光照射下的上转换发光图谱如图1.4（b）所示。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）这种化学材料俗称为有机玻璃，它在很多领域都有广泛的应用，只因为它有非常优异的耐热性、并且抗腐蚀、还在可见光区域具有高度透明性。我们基于这些优越性条件选择了聚甲基丙烯酸甲酯作为复合基质材料。
5图1.3；(a)自然光下纳米晶体/PDMS复合材料[10]；（b）在纳米晶体/PDMS复合材料中通过激发光绘制的立方体[10]在实验中，我们将稀土纳米晶掺杂在PMMA聚合物基质中制备了可实现红色上转换发光的有机-无机复合块体材料，以此复合材料为显示介质，实现了真三维显示。图1.4（a）在纳米晶体/PMMA复合材料中通过激发光绘制的图像[11]；(b)纳米晶体/PMMA复合材料的上转换发光图谱[11]1.3.2面向上转换显示技术的有机-无机复合显示介质制备1966年，Auzel以钨酸钠玻璃为基质材料并在其中掺入了稀土离子，发现在材料中掺入Yb3+离子后,Er3+、和Tm3+等稀土离子可见发光强度几乎提高了两个数量级（在红外光激发下）[13],这种现象才引起了人们的重视,并开始了上转换发光的研究。上转换发光材料经过多年研究已经趋于成熟，而且低温下某些纳米晶中已实现较高效率的激光上转换输出，稀土离子掺杂的上转换发光纳米晶在光学性质方面有其独特的优势，在太阳能电池、红外光光催化、真三维显示等领域被广泛应用，这是因为稀土离子具有独特而又丰富的能级分布（根源于稀土元素的
【参考文献】：
期刊论文
[1]提高激光扫描投影系统精度的方法研究[J]. 曲松,李丽娟,侯茂盛,郭丽丽. 激光与光电子学进展. 2018(02)
[2]三维显示技术现状与发展[J]. 冷俊敏,桑新柱,徐大雄. 中国印刷与包装研究. 2014(05)
[3]三维立体显示技术综述[J]. 丁剑飞,刘永进. 系统仿真学报. 2008(S1)
[4]激光扫描与光学影像数据配准的研究进展[J]. 张帆,黄先锋,李德仁. 测绘通报. 2008(02)
[5]三维振镜激光扫描系统的控制算法及其应用[J]. 汪会清,史玉升,黄树槐. 华中科技大学学报(自然科学版). 2003(05)
[6]真三维立体显示技术[J]. 姜太平,沈春林,谭皓. 中国图象图形学报. 2003(04)
[7]激光大屏幕显示系统中振镜扫描的工作原理及图像失真研究[J]. 刘才明. 中国激光. 2003(03)
[8]振镜结构对精度和速度的影响[J]. 许亚平,陶霞虹. 应用激光. 1998(04)
[9]光学三维显示技术[J]. 蔡履中,刘华光. 现代显示. 1996(01)
[10]激光光束质量因子M2的物理概念与测试方法[J]. 曾秉斌,徐德衍,王润文. 应用激光. 1994(03)
本文编号：3580402
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：48 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
六种上转换发光的能量传递机理[6]；Ion1，Ion2，Ion3表示三种离子；E1，E2，E3分别表示基态能级，亚稳态能级和激发态能级，
4机控制的扫描系统控制发光点在显示介质内的空间位置，完成了三维图像的再现。但这些固体材料存在制备困难、大块材料成本高等缺点。图1.2（a）铷蒸汽中绘制的立方体图[7]；（b）特殊波长激光照射铷蒸汽效果图[7]随着纳米技术的发展，纳米材料的制备方法日益成熟。研究人员将无机纳米粒子掺杂在聚合物基质中，制备了有机-无机纳米复合材料。将无机的纳米粒子引进有机的聚合物基质中能够将两者的优势集于一身。2010年，新加坡的刘晓刚教授研究组[10]将稀土纳米粒子掺杂在聚二甲基硅氧烷（PDMS）聚合物中，制备了纳米晶体/PDMS复合材料，在自然光下材料图片如图1.3(a)所示，可以看出材料具有良好的透明度。在激发光照射下，在材料中实现了三维图像的显示，如图1.3(b)所示。2018年，张培培[11]等利用具有高上转换效率的NaYF4纳米晶作为复合材料的掺杂剂，采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为基质材料制备成了可以作为真三维显示介质的纳米复合材料，如图1.4（a）所示，相应复合材料在980nm激发光照射下的上转换发光图谱如图1.4（b）所示。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）这种化学材料俗称为有机玻璃，它在很多领域都有广泛的应用，只因为它有非常优异的耐热性、并且抗腐蚀、还在可见光区域具有高度透明性。我们基于这些优越性条件选择了聚甲基丙烯酸甲酯作为复合基质材料。
5图1.3；(a)自然光下纳米晶体/PDMS复合材料[10]；（b）在纳米晶体/PDMS复合材料中通过激发光绘制的立方体[10]在实验中，我们将稀土纳米晶掺杂在PMMA聚合物基质中制备了可实现红色上转换发光的有机-无机复合块体材料，以此复合材料为显示介质，实现了真三维显示。图1.4（a）在纳米晶体/PMMA复合材料中通过激发光绘制的图像[11]；(b)纳米晶体/PMMA复合材料的上转换发光图谱[11]1.3.2面向上转换显示技术的有机-无机复合显示介质制备1966年，Auzel以钨酸钠玻璃为基质材料并在其中掺入了稀土离子，发现在材料中掺入Yb3+离子后,Er3+、和Tm3+等稀土离子可见发光强度几乎提高了两个数量级（在红外光激发下）[13],这种现象才引起了人们的重视,并开始了上转换发光的研究。上转换发光材料经过多年研究已经趋于成熟，而且低温下某些纳米晶中已实现较高效率的激光上转换输出，稀土离子掺杂的上转换发光纳米晶在光学性质方面有其独特的优势，在太阳能电池、红外光光催化、真三维显示等领域被广泛应用，这是因为稀土离子具有独特而又丰富的能级分布（根源于稀土元素的
【参考文献】：
期刊论文
[1]提高激光扫描投影系统精度的方法研究[J]. 曲松,李丽娟,侯茂盛,郭丽丽. 激光与光电子学进展. 2018(02)
[2]三维显示技术现状与发展[J]. 冷俊敏,桑新柱,徐大雄. 中国印刷与包装研究. 2014(05)
[3]三维立体显示技术综述[J]. 丁剑飞,刘永进. 系统仿真学报. 2008(S1)
[4]激光扫描与光学影像数据配准的研究进展[J]. 张帆,黄先锋,李德仁. 测绘通报. 2008(02)
[5]三维振镜激光扫描系统的控制算法及其应用[J]. 汪会清,史玉升,黄树槐. 华中科技大学学报(自然科学版). 2003(05)
[6]真三维立体显示技术[J]. 姜太平,沈春林,谭皓. 中国图象图形学报. 2003(04)
[7]激光大屏幕显示系统中振镜扫描的工作原理及图像失真研究[J]. 刘才明. 中国激光. 2003(03)
[8]振镜结构对精度和速度的影响[J]. 许亚平,陶霞虹. 应用激光. 1998(04)
[9]光学三维显示技术[J]. 蔡履中,刘华光. 现代显示. 1996(01)
[10]激光光束质量因子M2的物理概念与测试方法[J]. 曾秉斌,徐德衍,王润文. 应用激光. 1994(03)
本文编号：3580402
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/huizhanguanlilunwen/3580402.html