Инновационный лазер твердотельного типа: с белым светом

Разработана первая в мире модель полупроводникового лазера, способного излучать белый свет.

Команда специалистов, ведущих разработки в Аризонском университете (Arizona State University), смогла создать первый в мире лазер твердотельного типа, способного светить, охватывая весь видимый спектральный световой диапазон. Если говорить проще, этот лазер способен испускать белый свет. Лазеры такого типа могут значительно упростить процесс производства и разработки проекторов и сделать их дешевле. Также новый тип лазеров может применяться для производства твердотельных осветительных устройств и Li-Fi технологии - лазерного оптического варианта Wi-Fi.

Твердотельные лазеры полупроводникового типа разработаны уже давно, но они могут светить только одним цветом: синим, зеленым, красным или другим. Разработка твердотельной конструкции полупроводникового типа, способной светить одновременно в трех базовых цветах, синем, зеленом и красном, оказалась довольно трудоёмким процессом. Потребовалось использование в одной конструкции сразу нескольких полупроводников разных типов, учитывая и то, что некоторые из них несовместимы друг с другом. Производство полупроводниковых кристаллических материалов с использованием такого “компота” из химических элементов нередко сопряжено с получением критических дефектов, а это делает неокупаемым весь процесс производства.

Специалистам из Аризонского университета удалось разобраться с вышеупомянутой трудностью. Основой для разработанного ими светового устройства служит лист из металла полупроводникового типа, имеющего толщину в несколько нанометров. Он сделан из высокотехнологичного сплава кадмия, серы, цинка и селена. На этом листе имеются участки, сделанные из материала имеющего повышенную концентрацию двух или одного химического элемента, находящихся в составе сплава. Когда на него попадает свет, излучаемый внешним источником, участки, в которых больше кадмия и селена, излучают красный свет, участки с преобладанием кадмия и серы излучают зеленый свет, участки, где преобладают цинк и сера, - синий цвет.

Производство сложнейшей кристаллической структуры происходит в несколько шагов. Специалисты, участвовавшие в создании данной лазерной технологии, постоянно проводили точную регулировку температуры и множества других параметров, при которых происходило выращивание кристаллов. Управляя взаимодействием между жидкостью, парами, твердыми кристаллами различных химических соединений, ученые смогли создать кристаллическую структуру, вмещающую разные полупроводниковые кристаллы.

В наше время для работы лазера требуется наличие отдельного источника света, имеющего особые параметры для каждого, отдельно взятого сегмента кристалла. Благодаря этому специалисты смогли добиться повышенной производительности — данный тип белого лазера может выдавать на 70% больше светового потока, чем другие виды ламп, предназначенные для излучения белого света и обладающие схожими параметрами энергопотребления.

Лампы на основе этого лазера сделают процесс освещения еще более экономичным, чем применение ламп на светодиодной основе. Светодиодные лампы способны выдавать световой поток в 150 люменов на ватт, а вышеупомянутый тип лазера производит свыше 400 люменов на ватт энергии. Использование этого свойства может пригодиться не только при разработке осветительных приборов, но и в процессах производства новых мониторов, обеспечивающих повышенный уровень яркости с меньшей энергозатратностью.

В кратчайшие сроки ученые надеются решить основную проблему белого полупроводникового лазера: они планируют заменить использование импульсов от внешних источников света системой электрического возбуждения. Только после этого можно будет применять технологию на практике.