Створено перший у світі однокристальний багатоколірний лазер

Схематичне зображення наноліста з трьома паралельними сегментами, створеного співробітниками університету.


Лазери, що з'явилися 55 років тому, генерують світло, що володіє низкою важливих властивостей: монохромність, односпрямованість і когерентність, завдяки чому вони застосовуються в найрізноманітніших завданнях. Але одна з характеристик лазерів заважала поширенню цих пристроїв у побуті: не вдавалося створити лазерне джерело, яке світиться білим кольором. Завдання вдалося вирішити дослідникам Університету штату Арізона. Вони продемонстрували працюючий прототип лазера, здатного випромінювати промінь будь-якого кольору видимого діапазону.

Лазер за визначенням не може випромінювати «біле світло», яке, як ми пам'ятаємо зі шкільного курсу фізики, складається «з суміші всіх кольорів веселки». "Концепція білих лазерів на перший погляд суперечить здоровому глузду, тому що світло від типового лазера містить рівно один колір, певну довжину хвилі електромагнітного спектру, а не широкий спектр різних довжин хвиль. Біле світло, як правило, розглядається як суміші всіх довжин хвиль видимого спектру ", - сказав Цунь-Чжен Нін (Cun-Zheng Ning), керівник групи дослідників, який раніше протягом декількох років проводив дослідження в університеті Цинхуа в Китаї.

Дослідницька група під керівництвом Цунь-Чжен Ніна створила особливий наноліст - тонкий шар напівпровідника розміром приблизно 10 мкм і товщиною близько 50 нм. Він складається з трьох паралельних сегментів, кожен з яких підтримує роботу лазера на довжині хвилі, що відповідає одному з трьох базових кольорів. Керуючи інтенсивністю кожного з базових кольорів, можна досягти будь-якого кольору видимого діапазону, а склавши всі три в рівній пропорції, отримати білий колір.

Тим самим лазери отримують шанс потіснити світлодіоди в ролі повсюдно застосовуваного джерела світла. Лазери яскравіші, ефективніші і теоретично можуть забезпечувати більш точні і яскраві кольори для екранів комп'ютерів і телевізорів. Група Ніна вже показала, що створене нею повноколірне лазерне джерело світла може мати на 70% більше колірне охоплення, ніж типові сучасні дисплеї. Базові та проміжні кольори, випромінювані лазером: червоний, зелений, синій, жовтий, синьо-зелений, пурпуровий і білий. Верхні плями на кожній фотографії є прямими зображеннями лазерного випромінювання, а хвости під ними - відображення від субстрату.

"Основне завдання, - зазначили дослідники, - лежить на шляху створення світловипромінюючих напівпровідникових матеріалів, здатних випромінювати світло різних кольорів. Зазвичай напівпровідниковий лазер випромінює світло одного кольору - синій, зелений або червоний, - який визначений унікальною будовою атома і енергетичною забороненою зоною ".

«Постійна решітки» - це відстань між атомами. Для отримання всіх можливих довжин хвиль у видимому спектрі доводиться використовувати кілька напівпровідникових кристалів з різні постійними решітки та енергетичною забороненою зоною.

"Наша мета полягає у створенні одного напівпровідникового кристала, здатного випромінювати в трьох основних кольорах генерації. Кристал повинен бути достатньо малий, щоб люди могли сприймати тільки один загальний змішаний колір, замість трьох окремих кольорів ", - сказав Фань Фань, докторант професора Ніна.

Завдяки розробленій дослідниками стратегії поділу структурних форм і складу вдалося, нарешті, виростити єдину структуру, що містить три сегменти різних напівпровідників, що випускають всі необхідні кольори.

Однією з найважливіших областей застосування лазерних джерел, що випускають білий колір, може стати бездротова комунікація, поєднана з освітленням. Джерело світла в приміщенні може виконувати функцію передавача інформації. Технологія Li-Fi в даний час знаходиться в розробці. При використанні світлодіодів вона може виявитися більш ніж в 10 разів швидше порівняно з сучасним Wi-Fi, а Li-Fi на основі лазерів може бути ще від 10 до 100 разів швидше.

Раніше вже були створені лазерні джерела світла білого кольору. Вони використовували той же принцип, що і в білих світлодіодах: частина випромінювання синього кольору потрапляє на фосфоресуючий матеріал, який, у свою чергу, випромінює жовте світло. Додавання двох променів дає видимість чистого білого кольору.