飞秒激光“点亮”空气形成3D图像

随着爆裂声，空气中出现了“鸿图”、“科技日报”、“五角星”等汉字和图形，肉眼可见，用手触摸。7月19日，科技日报记者在武汉东湖高新区宏拓超快激光联合实验室见证了这一科幻场景。

"没有纸和墨水，一束光也能凭空作画."实验室主任曹向东说，该团队新研制的高能量、高峰值功率的飞秒激光，峰值功率密度达百万兆瓦，聚集了“最快的光”来“照亮”空气。

激光显示从“0”到“1”的突破

目前大多数3D显示技术都是利用双目视觉差异和人脑的虚拟合成，在屏幕上呈现“伪3D图像”。最新的3D显示技术使用三维物理空间来呈现图形。每个体素(对应平板显示器中的像素)通过激光发光或反射光，图像排列在三维空间中，观众可以从各个角度无死角观看3D图像。

飞秒激光穿透空气形成的3D图像是真实的。曹向东介绍，这种基于飞秒激光诱导等离子体的真三维显示技术，将峰值功率很高的飞秒激光聚焦，达到每平方厘米100太瓦的极高强度，然后穿透空气诱导发光等离子体的形成。激光束经3D扫描仪扫描，发光点阵排列组合，在空中形成各种文字或图案。

与传统的激光显示相比，飞秒激光显示技术具有明显的优势。它的显示介质是空气，3D图像可以直接在空气中呈现，不需要屏幕、水雾等。同时，与纳秒激光相比，飞秒激光脉冲持续时间更短(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，安全性更高。

飞秒激光显示技术的难点在哪里？

“今天出道，源于光影背后十余年的潜心研究。”曹向东说，飞秒激光曾被誉为光谷四大发明之一。他和他的团队致力于超快激光产业核心前沿技术和应用技术的研发，关键核心技术全部国产化，实现完全自主。

空气的击穿需要每平方厘米100太瓦的能量密度，即飞秒激光可以在指甲盖大小的面积上实现100太瓦的能量输出，在飞秒时间尺度内释放电离空气。点燃空气是飞秒激光综合技术水平的体现。而依靠强大的峰值功率，平均功率只有几十瓦。

“我们的航空成像飞秒激光技术，显示亮度已经达到领先水平。客户对比了国内外很多公司的产品，最终选择了我们。”曹向东说。

曹向东介绍，团队采用自主研发的先进飞秒激光技术。未来，飞秒激光脉冲时空分布将被复杂编辑和控制，体素的亮度、颜色和持续时间等特征参数将被精确调控，从而进一步升级飞秒激光功率，实现真正的超大格式空中3D显示。