Создан первый в мире полупроводниковый лазер, излучающий белый свет

Опубликовано ssu-filippov в 5 августа, 2015 - 00:02

Группа ученых и инженеров из Аризонского университета (Arizona State University) добилась успеха в деле создания первого твердотельного лазера, излучающего свет, охватывающий весь диапазон спектра видимого света, другими словами, излучающего белый свет. Такие лазеры потенциально способны если не изменить, то значительно упростить и удешевить современные проекционные технологии, технологии изготовления твердотельных осветительных приборов и технологии Li-Fi, оптического лазерного варианта беспроводной связи типа Wi-Fi.

Полупроводниковые твердотельные лазеры существуют уже достаточно давно, но каждый из них способен излучать свет только одного цвета, синего, зеленого, красного и других. Создание твердотельной полупроводниковой структуры, способной излучать одновременно три базовых цвета, синий, зеленый и красный, оказалось достаточно сложным делом, требующих объединения в одной структуре нескольких различных типов полупроводниковых материалов, некоторые из которых несовместимы друг с другом.

Выращивание кристалла полупроводника из такого «компота» материалов очень часто приводит к образованию фатальных дефектов, что делает процесс их производства нерентабельным со всех точек зрения.

Ученым из Аризоны удалось преодолеть вышеописанную проблему. Основой нового светоизлучающего устройства является лист полупроводникового металла, толщиной в несколько нанометров, изготовленный из сплава цинка, кадмия, серы, и селена. Этот лист разделен на сегменты, материал которых имеет повышенную концентрацию одного или двух элементов, входящих в состав сплава. Когда такой лист освещается светом от внешнего источника, сегменты, богатые кадмием и селеном, начинают излучать красный свет, сегменты, богатые кадмием и серой, излучают зеленый света, а богатые цинком и серой – синий. Выращивание кристаллической пластины из столь сложного сплава является сложным многошаговым процессом. Ученым все время приходилось точно контролировать температуру и массу других условий, в которых производится процесс выращивания кристалла. Управляя взаимодействием между парами, жидкостью и твердыми кристаллами различных материалов, ученым удалось добиться того, что в состав структуры одного кристалла вошли несколько разнородных полупроводниковых кристаллов.

К сожалению, в настоящее время технология требует того, чтобы каждый из сегментов кристалла освещался светом от отдельного источника, имеющим различные характеристики. Но за счет этого им удалось добиться высокой эффективности, белый полупроводниковый лазер способен излучать на 70 процентов больше света, нежели другие источники белого света при сопоставимых затратах энергии.

Использование таких белых лазеров в качестве осветительных приборов позволит сделать освещение еще более экономичным, нежели освещение при помощи светодиодов. Если светодиоды способны излучать световой поток в 150 люменов на ватт, то белые лазеры способны обеспечить излучение потока более 400 люменов на ватт энергии. И эта особенность новых лазеров может использоваться не только в освещении, они, эти лазеры, могут стать основой новых дисплеев, которые способны обеспечивать большую яркость изображений при снижении количества затрачиваемой на это энергии.

Вторым потенциальным применением белых лазеров является так называемый Li-Fi, система беспроводной оптической связи, которая позволит подключиться к Интернету всем устройствам, находящимся в области покрытия.

Технология Li-Fi может обеспечить скорость связи в 10 раз превышающую скорость Wi-Fi и это с учетом того, что сейчас такие системы строятся на базе светодиодных источников света. Лазерный источник света позволит поднять скорость Li-Fi еще в 10–100 раз по сравнению со скоростью «светодиодного» Li-Fi за счет того, что в спектре белого света лазера можно передавать гораздо больше данных, нежели в спектре света, излучаемого светодиодом.

В самом ближайшем будущем ученые планируют решить главную проблему нового белого полупроводникового лазера, они собираются заменить его возбуждение импульсами света от внешнего источника обычным электрическим возбуждением, только после чего можно будет думать об этой технологии, как о жизнеспособной с практической точки зрения.

Источник(и): 1. dailytechinfo.org 2. IEEE Spectrum

Http://www.nanonewsnet.ru/news/2015/sozdan-pervyi-v-mire-poluprovodnikovyi-lazer-izluchayushchii-belyi-svet