近日，我校化工学院教师贾恒、滕英跃教授研究团队联合吉林大学电子科学与工程学院、集成光电子国家重点联合实验室秦伟平教授，在基于光频上转换技术的三维立体彩色显示领域取得重要进展，连续在国际顶级期刊《Chemical Engineering Journal》(1区Top, IF：15.1)《Advanced Optical Materials》(2区， IF：9）上发表高水平研究成果。
众所周知，我们生活的现实世界是一个三维空间。但作为三维世界的感知者，人类所获得的可视信息包括图像、动画、视频等却是二维平面的。这些基于二维显示技术的信息无法满足人类大脑处理信息的习惯。相反，人脑更习惯于从三维的角度来获取信息。因此，发展符合人脑感知的裸眼真三维立体显示技术一直是人们追求的目标。
目前，市场主流的三维显示技术包括助视化立体显示、全息三维立体显示等主要是利用双目视差或心理深度暗示来营造虚拟三维成像空间，大脑通过沉浸式的视觉场景接受显示图像差异产生立体的显示幻象。然而，这些模拟的虚拟视觉场景长时间沉浸很容易使人产生错觉、视觉疲劳，甚至引起失眠及精神障碍等。因此，开发符合人眼感知的具有真正物理深度的裸眼真三维立体显示技术对于推动信息显示领域的发展具有十分重要的意义。
图1.基于三元正交激发的全色发光核壳结构纳米材料推动真三维立体彩色显示
针对上述挑战，研究团队设计构建了多层核壳纳米结构，通过调控多种稀土离子的空间分布、掺杂浓度和能量传递等过程，实现了三元正交激发下的高亮度、高色纯度的三基色上转换发光。利用发光动力学分析揭示了调控规律和发光机理。并通过调控三元正交激发下激发光功率密度，在单一纳米结构中获得了动态全色发光输出。采用上述纳米结构作为显示介质，通过搭建立体显示装置结合三维建模，实现了高色像素、高光学分辨率的裸眼真三维立体彩色显示的应用（图1）。这项工作有望推动稀土发光基础研究及三维显示等前沿应用领域的发展。相关研究成果已发表于《Chemical Engineering Journal》期刊（https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150790)。
此外，研究团队提出不需要多个稀土离子，利用980/1973 nm耦合激光协同激发的方式调控单一Er3+稀土离子的激发态布局路径来实现多色可调上转换发光的新方法，并研究这种调控方法在彩色三维显示领域的应用潜力（图2）。相关研究成果以Multicolor Tunable Upconversion Luminescence via Near-Infrared Manipulation of Population Pathways of Er3+ Ions Excited-State Levels for Volumetric Color Displays为题发表于《Advanced Optical Materials》期刊 (https://doi.org/10.1002/adom.202302583)。
图2.基于Er3+离子激发态布居操控的多色发光调控及彩色显示应用
文字、图片：科研处
