Laser albastru

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Traseele unui laser violet de 20 mW cu emisie de 405 nm prezintă o fluorescență clară pe unele obiecte

Un laser albastru este un laser care emite radiații electromagnetice cu o lungime de undă cuprinsă între 360 ​​și 480 nanometri , pe care ochiul uman le vede ca albastru sau violet .
Razele albastre pot fi produse de lasere cu gaz precum heliu - cadmiu care produc o emisie la 441,6 nm și lasere cu ioni de argon cu emisii la 458 și 488 nm. Laserele semiconductoare cu raze albastre se bazează de obicei pe nitrură de galiu (III) (GaN, culoare purpurie) sau nitrură de galiu de indiu (adesea de culoare albastră adevărată, dar și capabile să producă alte culori). Atât laserele albastre, cât și cele violete pot fi, de asemenea, construite folosind dublarea frecvenței lungimilor de undă ale emisiilor în infraroșu produse de lasere cu diode sau lasere cu stare solidă pompate cu diode.

Laserele cu diode care emit lumină de 445 nm devin populare ca lasere portabile. Laserele care emit lungimi de undă mai mici de 445 nm apar purpurii (dar sunt uneori numite lasere albastre). Unele dintre cele mai comune lasere albastre disponibile în comerț sunt diode laser utilizate în aplicații cu disc Blu-ray , care emit o 405nm lumină „violet“, care este o destul de scurtă lungime de undă pentru a determina fluorescenta in unele produse chimice, în mod similar. Radiații în ultraviolet (“ negru lumină "). Lumina cu o lungime de undă mai mică de 400 nm este clasificată ca ultravioletă .

Dispozitivele care utilizează lumina laser albastră au aplicații în multe industrii, de la stocarea de date optoelectronice de înaltă densitate la aplicații medicale.

Istorie

Laser semiconductor

Laser albastru 445nm - 450nm (centru)

Laserele roșii pot fi construite pe semiconductori de arsenidă de galiu ( Ga As ), pe care sunt așezate o duzină de straturi de atomi pentru a forma partea laserului care generează lumină din puțurile cuantice . Folosind metode similare cu cele dezvoltate pentru siliciu , substratul poate fi construit fără defecte numite luxații și atomii dispuși în așa fel încât distanța dintre cei care formează solul și cei din puțurile cuantice să fie aceeași.

Cu toate acestea, cel mai bun semiconductor pentru laserele albastre este cristalele de nitrură de galiu (GaN), care sunt mult mai dificil de produs, necesită presiuni și temperaturi mai mari, similare cu cele care produc diamante sintetice, și utilizarea gazului. Problemele tehnice păreau de netrecut, astfel încât cercetătorii încă din anii 1960 au încercat să depună GaN pe o bază de safir ușor disponibilă. Dar o discrepanță între structurile de safir și nitrură de galiu a creat prea multe defecte.

În 1992, inventatorul japonez Shūji Nakamura a inventat primul LED albastru eficient și patru ani mai târziu, primul laser albastru. Nakamura a folosit materialul depus pe substratul de safir, deși numărul defectelor a rămas prea mare (10 6 -10 10 / cm 2) pentru a construi cu ușurință un laser de mare putere.

La începutul anilor '90, Institutul de Fizică la Înaltă Presiune de la Academia Poloneză de Științe din Varșovia ( Polonia ), sub conducerea Dr. Sylwester Porowski, a dezvoltat tehnologia pentru a crea cristale de nitrură de galiu cu o calitate structurală ridicată și mai puțin de 100 de defecte pe pătrat. centimetru - de cel puțin 10.000 de ori mai bun decât cel mai bun cristal de safir. [1]

În 1999, Nakamura a testat cristale poloneze, producând lasere cu un randament dublu și o durată de viață de zece ori mai mare - 3.000 de ore la 30 mW.

Dezvoltarea ulterioară a tehnologiei a dus la producția în masă a dispozitivului. Astăzi, laserele albastre utilizează o suprafață de safir acoperită cu un strat de nitrură de galiu (această tehnologie este utilizată de compania japoneză Nichia, care are un acord cu Sony ), iar laserele semiconductoare albastre utilizează o suprafață monocristalină de nitrură de galiu (compania poloneză TopGaN) [ 2] ).

După 10 ani, producătorii japonezi au dominat producția de lasere albastre cu 60 mW de putere, făcându-le aplicabile pentru dispozitivele care citesc un flux de date de mare viteză de pe Blu-ray, BD-R și BD-RE. Tehnologia poloneză este mai ieftină decât japoneza, dar are o cotă mai mică din piață. Există doar o altă companie poloneză de înaltă tehnologie care creează cristale de nitrură de galiu, Ammono, [3] [4], dar această companie nu produce lasere albastre.

Pentru lucrarea sa, Nakamura a primit Millennium Technology Prize în 2006 și un Premiu Nobel pentru fizică în 2014. [5]

Până la sfârșitul anilor 1990, când au fost dezvoltate lasere semiconductoare albastre, lasere albastre erau instrumente laser mari cu gaz scumpe, care se bazau pe inversarea populației în amestecuri rare de gaze și necesitau curenți mari și răcire puternică.

Datorită dezvoltării anterioare a multor grupuri, inclusiv, în special, a grupului profesorului Isamu Akasaki, Shūji Nakamura de la Nichia Corporation și Sony Corporation din Anan (Tokushima-ken, Japonia) au fost făcute și dezvoltate comercial o serie de invenții lasere semiconductoare albastre și violete viabile. Stratul activ al dispozitivelor Nichia a fost format din godeuri cuantice InGaN sau puncte cuantice formate spontan prin auto-asamblare. Noua invenție a permis dezvoltarea de lasere albastre, violete și ultraviolete ( UV ) mici, accesibile și la preț redus, care nu mai fuseseră disponibile până acum și a deschis calea pentru aplicații precum stocarea de date HD DVD de înaltă densitate și discuri Blu-ray. . Lungimea de undă mai mică vă permite să citiți discuri care conțin mult mai multe informații. [6]

Isamu Akasaki, Hiroshi Amano și Shūji Nakamura au câștigat Premiul Nobel pentru fizică din 2014 „pentru invenția diodelor eficiente care emit lumină albastră, care au făcut posibilă obținerea unor surse de lumină albă strălucitoare și economisitoare de energie”. [7]

Lasere pompate cu diode în stare solidă

Indicatoarele laser albastre, care au devenit disponibile în 2006, au aceeași structură de bază ca și laserele verzi DPSS. În general, acestea emit lumină de 473 nm, care este produsă prin dublarea frecvenței unei radiații laser de 946 nm dintr-un cristal Nd: YAG sau Nd: YVO4 pompat cu diode. Cristalele dopate cu neodim produc de obicei o lungime de undă principală de 1064 nm, dar cu oglinzile de acoperire reflectorizante adecvate pot fi, de asemenea, lăsate la alte lungimi de undă ale neodimului non-principal, cum ar fi tranziția de 946 nm utilizată în aplicațiile cu laser albastru. Datorită puterii mari de ieșire, cristalele BBO sunt utilizate ca dublatoare de frecvență; pentru puteri mai mici, se folosește KTP. Puterile de ieșire disponibile sunt de până la 5000 mW. Eficiența conversiei pentru producerea radiației laser de 473nm este ineficientă, cu unele dintre cele mai bune rezultate de laborator obținute cu o eficiență de 10-15% în conversia unei radiații laser de 946nm într-o radiație laser de 473nm. În aplicații practice, acest lucru poate fi de așteptat să fie chiar mai mic. Datorită acestei eficiențe reduse de conversie, utilizarea unei diode IR de 1000 mW produce maximum 150 mW de lumină albastră vizibilă.

Laserele albastre pot fi fabricate direct cu semiconductori InGaN, care produc lumină albastră fără a dubla frecvența. Diodele laser albastre de la 445nm la 465nm sunt disponibile în prezent pe piață. Dispozitivele sunt semnificativ mai luminoase decât diodele laser de 405 nm, deoarece lungimea de undă mai mare este mai aproape de sensibilitatea maximă a ochiului uman. Dispozitivele comerciale precum proiectoarele laser au scăzut prețurile acestor diode.

Laserele violete pot fi construite direct cu semiconductori GaN (nitrură de galiu), după cum sa menționat. Cu toate acestea, au fost puse la dispoziție niște indicatoare laser „violet” de 404-405nm cu o putere mai mare (120mW), care nu se bazează pe GaN, dar folosesc și tehnologia de dublare a frecvenței DPSS, începând de la laser de 1 watt 808nm, tot arcul de arsenid de galiu dublat direct, fără un laser cu undă de neodim interpus între laserul cu diodă și cristalul dublu.

Aspect

Laserul violet de 405 nm (fie construit cu GaN sau diode laser GaAs dublate în frecvență) nu este de fapt albastru, ci apare ochiului ca violet, culoare pentru care ochiul uman are o sensibilitate foarte limitată. Când este îndreptat spre multe obiecte albe (cum ar fi hârtia albă sau hainele albe care au fost spălate în unele detergenți) aspectul vizual al spotului laser se schimbă de la violet la albastru, datorită fluorescenței culorilor strălucitoare.

Pentru aplicațiile de afișare care trebuie să apară „albastru adevărat”, este necesară o lungime de undă de 445-450 nm. Odată cu avansurile în producția și vânzările comerciale de proiectoare laser cu preț redus, diodele laser InGaN de 445 nm și-au pierdut prețul.

Aplicații

Domeniile de aplicare pentru laserul albastru includ:

Notă

  1. ^ Sylwester Porowski: laser albastru , pe Poland.gov.pl , 12 decembrie 2001. Accesat la 26 octombrie 2010 .
  2. ^ Tehnologia TopGaN a diodelor laser albastre / violete [Technology of Laser TopGaN blue / violet diodes] , pe topgan.fr.pl.
  3. ^ O mică companie poloneză despre care nu ați auzit niciodată că bate titanii tehnologici în tehnologia cheie din secolul 21 , pe spectru.ieee.org .
  4. ^ Pagina principală - Ammono - fabricarea semiconductoarelor , pe Ammono.com . Adus la 26 octombrie 2010 .
  5. ^ Shuji Nakamura câștigă Millennium Technology Prize 2006 , pe Gizmag.com , 17 mai 2006. Adus 26 octombrie 2010 .
  6. ^ Arpad A. Bergh, aplicații cu diodă laser albastră (LD) și diodă cu emisie de lumină (LED) , fiz. stat. sol. (a) 201, nr. 12, 2004, pp. 2740-2754.
  7. ^ Premiul Nobel pentru fizică 2014 - Comunicat de presă , pe NobelPrize.org , Nobel Media AB 2014. Web, 7 octombrie 2014.
    „Academia Regală de Științe a Suediei a decis să acorde Premiul Nobel pentru fizică din 2014 lui Isamu Akasaki (Universitatea Meijo, Nagoya, Japonia și Universitatea Nagoya, Japonia), Hiroshi Amano (Universitatea Nagoya, Japonia) și Shuji Nakamura (Universitatea din California, Santa Barbara, CA, SUA) „pentru invenția diodelor eficiente care emit lumină albastră, care au făcut posibilă obținerea unor surse de lumină albă strălucitoare și economisitoare de energie” » .
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Laser_blu&oldid=116785199 ”