我们的日常工作和生活正在被各种屏幕包围：手机、电脑、平板、电视、腕表……但这些都属于二维屏幕，即使近年来悄然兴起的裸眼3D也只是利用人们的双眼视差来“欺骗”视觉神经，让大脑以为看到的是3D图像。而且裸眼3D对观众的距离、方位、角度有着较为严格的要求，观众数量较多时容易出现问题。如何基于屏幕装置本身的改进，实现真正的三维立体显示？
近日，上海理工大学光子芯片研究院顾敏院士团队联合浙江大学邱建荣教授团队和之江实验室谭德志博士团队在纳米材料全息显示取得重大突破，通过在无色透明的玻璃内部实现带隙可控的三维(3D)半导体量子结构，推开了新型立体彩色显示器的“大门”。
北京时间1月21日，相关研究成果发表在国际顶级期刊《科学》上。
跨学科攻关 点亮全球首块纳米三维立体屏
从《星球大战》中漂浮在空中的影像，到邓丽君跨越时空与歌手周深在2022跨年演唱会上“合唱”《大鱼》，立体显示的概念被越来越多的人所熟知。全息技术为完整三维信息重现提供了实现方式，被业界认为是实现立体显示最有前途的一种技术手段。
但全息技术必须通过一定的介质，将影像投射到上面，才能显现出来。之前，美日科学家分别用蒸汽幕和激光技术解决了介质问题，但由于技术不成熟，成本高，商业前景不太乐观。
那么，全息技术能不能应用在屏幕上呢？这是上理工光子芯片研究院方心远副教授在2020年末向顾敏院士提出的一个构想。当然这个屏幕不是一般的二维屏幕，而是纳米三维显示器。“目前显示器感光阵列绝大部分是平面分布的，科幻片中的三维画面更多要依靠人视觉上的效果，属于‘仿三维’，真正的三维立体显示仍是一个重大挑战。”
要做纳米三维立体屏第一个“吃螃蟹”的人，首先要解决的就是将屏幕透明化的问题，这样才能从各个角度呈现生动、立体的图像。上海理工大学光子芯片研究院团队与浙江大学团队合作，将全息显示应用在通过飞秒激光诱导的钙钛矿纳米晶三维可控分布的无色透明的复合材料中，点亮三维分布的量子点，首次实现了动态立体彩色全息显示。
和目前的平面显示器相比，新型立体彩色显示器有更高的分辨率和信息容量，也为未来的“屏幕革命”拓展了更大的想象空间。“它是纳米级的像素控制，精度非常高，分辨率远高于目前的二维屏幕。虽然产业化还有一段很长的路要走，但是至少推开了一扇新的大门，我想这也是我们做科研的意义所在。”方心远谈道。
研究成果以《玻璃中稳定的钙钛矿纳米晶体三维直写》为题发表在《科学》正刊，论文共同第一作者为浙大光电学院博士生孙轲、之江实验室PI谭德志、上海理工大学副教授方心远。
“很多顶尖的科研成果其实都离不开这种跨学科、跨学校甚至跨国的合作交流”，顾敏院士介绍，“我们上理工团队深耕全息领域，浙大团队则在光学材料以及飞秒激光与材料的相互作用方面有深厚的积累，合作成果再次证明了这种科研方式在实现‘0到1’突破中的重要性。”
“试验成功的第一个图像是‘USST’”
显示屏上每一个像素点的发光效率、光照在每种纳米组合上呈现的颜色……对新型立体彩色显示器的研究在一次次尝试中展开，过程虽然枯燥，但方心远依然融进了属于理工男的浪漫。“我们试验成功的第一个图像是‘USST’，也就是上海理工大学的英文缩写，我和学校属于是‘双向奔赴’。”
加盟上理工顾敏院士团队后，方心远专攻光全息领域，已经接连以（共同）第一作者身份在《自然》子刊上发表高水平科研成果，2020年入选上海市青年科技启明星计划。他清楚地记得自己入职的日子——2019年10月28日。“来上理工之前，我其实是个‘待业青年’，也没有特别好的文章，选择全职加入顾老师团队后，学校和团队给予了很大支持。我希望在未来通过自己不断的努力，帮助上理工创造更多的‘第一次’。”
事实上，全息技术自丹尼斯·盖博发明以来，除了用于显示技术领域，全息在存储、加密、成像、光学计算等领域均产生了重要影响，上海理工大学光子芯片研究院团队的“野心”也并不止步于全息显示领域。
顾敏院士谈道：“这次成果可以说是利用三维全息技术点亮了立体彩色显示的未来，后续我们希望围绕全息技术与人工智能的交叉应用，面向国家重大战略需求，取得更多具有重大影响力的科研成果。”
作者：储舒婷 李卉云
编辑：吴金娇
图片来源：上海理工大学供图
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