由于三维立体显示技术在医疗、国防、军事和航空航天等领域有广泛的应用前景,从20世纪80年代开始,各国政府、公司和研究机构开始着力研究三维立体显示技术,日本和欧盟等国更是推行国家研究计划。体积式三维显示技术是在真实显示媒介中显示立体影像,因此观察其显示的立体影像如同观察真实物体,观察者可以围绕显示体360°进行观察,并且无需佩戴任何头盔或者眼镜,这使得体积式三维显示技术能超越以往任何三维显示技术。因此从20世纪90年代末以来,体积式三维立体显示受到越来越多的重视。　　 本文系统评述了三维立体显示技术的研究进展以及目前存在的问题。介绍了与我们提倡的三维立体显示技术相关的多光子吸收理论、飞秒激光的特性及应用以及微晶玻璃的核化晶化理论。研究了可用于三维立体显示技术的飞秒激光激发稀土离子掺杂微晶玻璃多光子吸收的上转换发光、基于二阶非线性的三维立体彩色显示材料的研究以及利用飞秒激光诱导玻璃空间选择性析出二阶非线性光学晶体。并取得了一系列重要的结论和创新性成果,为静态体三维立体显示技术开辟了新的途径。　　 研究了氙灯和飞秒激光作为激光源激发下,Eu3+掺杂SrO-TiO2-SiO2和Sm3+掺杂BaO-TiO2-SiO2玻璃及微晶玻璃的发光现象和光谱性质,并通过研究飞秒激光激发下的上转换发光强度与泵浦光功率之间的关系以及吸收光谱,推断飞秒激光激发的Eu3+掺杂SrO-TiO2-SiO2和Sm3+掺杂BaO-TiO2-SiO2玻璃及微晶玻璃的上转换发光均为双光子过程。并探讨了稀土离子掺杂微晶玻璃的上转换发光增强机制为:飞秒激光的倍频光与稀土离子之间的能量传递。　　 通过对玻璃组分和晶化条件的优化,制备了高性能的SrO-TiO2-SiO2和BaO-TiO2-SiO2微晶玻璃。在SrO-TiO2-SiO2微晶玻璃中,Sr2TiSi2O8微晶尺寸约为20μm,每个微晶均是由片状单晶片叠加而成。在BaO-TiO2-SiO2微晶玻璃中,Ba2TiSi2O8微晶尺寸约为200nm,微晶呈现雪花状。　　 研究了飞秒激光激发下微晶玻璃的上转换发光强度与泵浦光功率之间的关系,认为飞秒激光激发的SrO-TiO2-SiO2和BaO-TiO2-SiO2微晶玻璃的上转换发光也为二阶谐波的双光子过程,并且基于光学二阶非线性的响应速度为200飞秒左右,发光光斑尺寸甚至可达到50μm。基于不同波长飞秒激光激发SrO-TiO2-SiO2和BaO-TiO2-SiO2徼晶玻璃的发光特性,成功演示了在同一块微晶玻璃材料中实现彩色三维立体显示。　　 研究了高重复频率飞秒激光诱导Ag+掺杂BaO-TiO2-siO2玻璃空间选择性析出二阶非线性光学晶体Ba2Tisi2O8的现象及其机理分析。发现Ag+离子掺杂玻璃的晶体析出阈值时间和晶体析出阈值功率与未掺杂玻璃相比,均有很大幅度的降低,主要是由于Ag纳米团簇的形成,并且在Ba2TiSi2O8晶体析出过程中有成核剂的作用;此外,Ag纳米团簇在400nm处呈现很强的等离子体共振,因此Ag纳米团簇能通过双光子过程吸收飞秒激光光子。　　 研究了高重复频率飞秒激光诱导Er3+掺杂BaO-TiO2-SiO2玻璃空间选择性析出二阶非线性光学晶体Ba2TiSi2O8的现象及其机理分析。发现Er3+离子掺杂玻璃的晶体析出阈值时间与未掺杂玻璃相比有很大延长,我们认为主要是由于在飞秒激光诱导Er3+掺杂Bao-TiO2-SiO2玻璃析晶过程中,飞秒激光首先激发Er3+离子绿色上转换发光,使得飞秒激光消耗其部分能量,只有剩余激光能量诱导玻璃晶体析出。　　 研究了高重复频率飞秒激光诱导Eu3+和Sm3+离子掺杂的BaO-TiO2-SiO2玻璃空间选择性析出二阶非线性光学晶体Ba2TiSi2O8的现象及其机理分析。发现在飞秒激光照射开始阶段,在飞秒激光聚焦区域只有白光出现,当有非线性晶体析出时,蓝色和红色发光在聚焦区域同时产生。我们认为主要原因是:飞秒激光经Ba2TiSi2O8晶体产生的二次倍频光被稀土离子吸收再通过能级跃迁产生其特征峰位发光,蓝色和红色发光同时出现在聚焦区域。此结果与第三章中所研究的飞秒激光激发稀土离子掺杂含有二阶非线性晶体的徼晶玻璃多光子吸收上转换增强机制相符合,并且也证明了其上转换增强机制的正确性。