Защо бе трудно да се направи лазер с бяла светлина

За първи път е демонстриран монолитен RGB лазер от изследователи от Университета в Аризона.

Излъчващите светлина елементи са разположени на наноподложка, а цветът на лъча може да се настройва свободно, включително и да се получи лъч с бял цвят.

За това постижение, публикувано в Nature Nanotechnology, съобщи ScienceDaily миналата седмица.

Лазер означава "усилване на светлината чрез принудено излъчване" - light amplification by stimulated emission of radiation- laser. Такова устройство преобразува енергия в сноп кохерентно монохромно (т.е. едноцветно) излъчване.

Ефектът на принудено излъчване е прогнозиран от Айнщайн през 1916 г. И макар че първият лазер с изкуствен кристал рубин е направен през 1960. и лазерите се използват вече широко, една характеристика на технологията досега бе недостижима - никой не бе в състояние да създаде лазер, който да пуска снопове бяла светлина. Защо?

Отличителна черта на лазерния лъч е това, че е с една постоянната дължина на вълната (или набор дължини), т.е. конкретен цвят. Това, което очите ни възприемат като бял цвят е ахроматичен (безцветен) набор лъчи с различни дължини на вълните, които имат еднаква сила, така че е невъзможно да се направи бял лазер.

Но затова пък е възможно да се комбинират няколко лазерни светлини с различни дължини на вълните. Ако, например, се комбинират лазери с трите основни цвята (червен, зелен, син - RGB), ще получим бял цвят. Лазерни инсталации, съчетаващи няколко снопа и излъчващи различни цветове, широко се използват в различни области на човешката дейност, включително лазерните шоута на концертите. Но тези устройства не е достатъчно малки за използване в микроелектрониката.

Някога популярните, сега постепенно отиващи в историята, оптични устройства също използват лазери с различни дължини на вълните при работа с различни видове дискове - CD, DVD, Blu-Ray. Универсалните устройства използват няколко лазера. Наистина, Sony през 2003 г. създаде и тества в лабораториите си двуобхватен монолитен лазер, за да бъде използван за запис на CD-R / RW, DVD дискове, но никога не стигна до производство.

Създаването на монолитни лазери се сблъсква с особени трудности, свързани с факта, че е необходимо да се комбинират в една структура полупроводници с много различни характеристики. Кристалите имат различни постоянни решетки - размерът на кристалните им клетки е константен и различен. От тези константи зависи дължината на вълната светлина, излъчвана от лазера. Да се направи композит от кристали с много различни константи по традиционните методи е невъзможно.

Но изследователите са успели да създадат нова нанопластина от тънък слой полупроводници, състояща се от три части, всяка от които излъчва вълни в свой диапазон. Състои се от цинк, кадмий, сяра и селен, разделени на сегменти. При пускане кадмият и селенът заедно излъчват червена светлина, кадмият и сярата - зелена, а цинкът и сярата - синя. Това постижение стана възможно благодарение на повече от десет години изследвания, свързани с нанотехнологиите. За растежа на кристалите е използван методът "двоен обмен на йони".

Тази схема илюстрира новата нанопластина с три паралелни сегменти, създадени от изследователите, всяка от които излъчва в един от трите елементарни цветове. Източник: ASU/Nature Nanotechnology

Според учените, техните лазери, заради по-високата си светлинна и енергийна ефективност в сравнение светодиодите, ще бъдат бъдещето на светлинно-базираната безжична комуникация. Те може да се използват за създаване на високоскоростен аналогов Wi-Fi - т.нар Li-Fi, предлагащ скорост 10 пъти по-бързо от съществуващите.

Според професор Кун-Жен Нинг (Cun-Zheng Ning), който е ръководител на изследването, монолитният лазер може да възпроизведе 70% повече цветове от предвиденото по днешните стандарти за LED дисплеи.

Още по темата

01/07/2015

Технологии

Лазери правят изображения във въздуха, които могат да се докоснат (видео)

23/06/2015

Физика

Мълния се направлява с лазер

30/04/2015

Космос

МКС ще сваля боклуците в орбита около Земята с лазер (видео)

27/04/2015

Технологии

Разработен е първия течен нанолазер