WikiDer > Синий лазер

Blue laser
Для вымышленной организации см. Чит-коммандос.
Следы фиолетового лазера мощностью 20 мВт 405 нм показывают четкую флуоресценцию на некоторых объектах

А синий лазер это лазер что излучает электромагнитное излучение с длина волны от 360 до 480 нанометры, который человеческий глаз видит как синий или Виолетта.

Синие лучи производятся гелий-кадмиевым газовые лазеры на 441,6 нм, и аргон-ионные лазеры при 458 и 488 нм. Полупроводниковые лазеры с синими лучами обычно основаны на нитрид галлия (III) (GaN; фиолетовый цвет) или нитрид индия-галлия (часто по цвету настоящий синий, но также может давать другие цвета). И синий, и фиолетовый лазеры также могут быть построены с удвоением частоты инфракрасный длины волн лазера от диодных лазеров или твердотельные лазеры с диодной накачкой.

Диодные лазеры, излучающие свет с длиной волны 445 нм, становятся популярными как портативные лазеры. Лазеры, излучающие длины волн ниже 445 нм, выглядят фиолетовыми (но иногда их называют голубыми лазерами). Некоторые из наиболее распространенных в продаже голубых лазеров - это диодные лазеры, используемые в Блю рей приложения, которые излучают «фиолетовый» свет 405 нм, что является достаточно короткой длиной волны, чтобы вызвать флуоресценция в некоторых химических веществах, так же, как и радиация дальше в ультрафиолетовый ("черный свет"). Свет с более короткой длиной волны, чем 400 нм, классифицируется как ультрафиолетовый.

Устройства, использующие синий лазерный свет, находят применение во многих областях, начиная от оптоэлектронный хранение данных с высокой плотностью для медицинских приложений.

История

Полупроводниковые лазеры

445–450 нм синий лазер (средний)

Красные лазеры может быть построен на арсенид галлия (GaТак как) полупроводники, на которые помещается дюжина слоев атомов, образующих часть лазера, который генерирует свет от квантовые ямы. Используя методы, аналогичные разработанным для кремний, подложка может быть построена без дефектов, называемых вывихи, и атомы уложились так, что расстояние между составляющими землю и атомами квантовые ямы такие же.

Однако лучший полупроводник для голубых лазеров - это кристаллы нитрида галлия (GaN), которые намного сложнее производить, требуя более высоких давлений и температур, подобных тем, которые производят синтетические алмазы, и использования газообразного азота под высоким давлением. Технические проблемы казались непреодолимыми, поэтому исследователи с 1960-х годов стремились депонировать GaN на основе легкодоступных сапфир. Но несоответствие структур сапфира и нитрида галлия создавало слишком много дефектов.

В 1992 году японский изобретатель Сюдзи Накамура изобрел первый эффективный синий светодиод, а четыре года спустя - первый синий лазер. Накамура использовал материал, нанесенный на сапфировую подложку, хотя количество дефектов оставалось слишком большим (106–1010/см2), чтобы легко построить мощный лазер.

В начале 1990-х гг. Институт физики высоких давлений на Польская Академия Наук в Варшава (Польша) под руководством Dr. Сильвестр Поровски разработала технологию для создания кристаллов нитрида галлия с высоким качеством структуры и менее 100 дефектов на квадратный сантиметр - как минимум в 10 000 раз лучше, чем у лучших кристаллов на сапфировой основе.[1]

В 1999 году Накамура попробовал польские кристаллы, создав лазеры с удвоенной мощностью и в десять раз большим сроком службы - 3000 часов при 30 мВт.

Дальнейшее развитие технологии привело к массовому производству устройства. Сегодня в лазерах синего цвета используется сапфировая поверхность, покрытая слоем нитрида галлия (эту технологию использует японская компания Nichia, который имеет соглашение с Sony), а в голубых полупроводниковых лазерах используется поверхность монокристалла нитрида галлия (польская компания TopGaN[2]).

Спустя 10 лет японские производители освоили производство синего лазера мощностью 60 мВт, сделав его применимым для устройств, считывающих плотный высокоскоростной поток данных с Blu-ray, BD-R и BD-RE. Польские технологии дешевле японских, но занимают меньшую долю рынка. Есть еще одна польская высокотехнологичная компания, которая создает кристаллы нитрида галлия - Аммоно,[3][4] но эта компания не производит синие лазеры.

За свою работу Накамура получил Премия тысячелетия в области технологий награжден в 2006 году, и Нобелевская премия по физике награжден в 2014 году.[5]

До конца 1990-х годов, когда были разработаны синие полупроводниковые лазеры, синие лазеры были большими и дорогими. газовый лазер инструменты, которые полагались на инверсия населения в смесях инертных газов и требовал больших токов и сильного охлаждения.

Благодаря предшествующей разработке многих групп, в том числе, в первую очередь, профессора Исаму Акасакигруппа, Сюдзи Накамура в Nichia Corporation и Sony Corporation в Анане (Токусима-кен, Япония) сделал ряд изобретений и разработал коммерчески жизнеспособные синие и фиолетовые полупроводниковые лазеры. Активный слой устройств Nichia был сформирован из InGaN квантовые ямы или квантовые точки спонтанно сформированный через самосборка. Новое изобретение позволило разработать небольшие, удобные и недорогие устройства синего, фиолетового и ультрафиолетового (УФ) лазеры, которых раньше не было, и открыли путь для таких приложений, как HD DVD хранение данных и Блю рей диски. Более короткая длина волны позволяет ему читать диски, содержащие гораздо больше информации.[6]

Исаму Акасаки, Хироши Амано и Сюдзи Накамура выиграли 2014 год. Нобелевская премия по физике «За изобретение эффективных синих светодиодов, которые позволили создать яркие и энергосберегающие источники белого света».[7]

Полупроводниковые лазеры с удвоенной частотой

445–450 нм синий лазер (средний)

Инфракрасные лазеры на основе полупроводников доступны уже несколько десятилетий, например, в качестве источника накачки для телекоммуникационных или твердотельных лазеров. Их можно удвоить по частоте до синего диапазона с помощью стандартных нелинейных кристаллов.

Как уже отмечалось, фиолетовые лазеры могут быть сконструированы непосредственно с полупроводниками GaN (нитрид галлия). Однако стали доступны несколько более мощных (120 мВт) «фиолетовых» лазерных указателей с длиной волны 404–405 нм, которые не основаны на GaN, но также используют технологию удвоения частоты, начиная с 1 Вт 808 нм. арсенид галлия инфракрасные диодные лазеры напрямую дублируются, без длинноволнового твердотельного лазера с диодной накачкой, расположенного между диодным лазером и двойным кристаллом.

Наивысшие мощности и возможность перестройки длины волны могут быть достигнуты, когда процесс удвоения частоты усилен резонатором, в результате чего источники класса Ватта охватывают весь видимый диапазон длин волн. Например, в [8] Было продемонстрировано 2,6 Вт выходной мощности около 400 нм.

Твердотельные лазеры с диодной накачкой

Синий лазерные указки, которые стали доступны примерно в 2006 году, имеют такую ​​же базовую конструкцию, что и DPSS зеленые лазеры. Чаще всего они излучают свет с длиной волны 473 нм, который создается удвоением частоты лазерного излучения с длиной волны 946 нм от диодной накачки. Nd: YAG или Nd: YVO4 кристалл. Кристаллы, легированные неодимом, обычно производят основную длину волны 1064 нм, но с надлежащим отражающим покрытием зеркала также могут быть использованы для генерации на других неосновных длинах волн неодима, таких как переход 946 нм, используемый в приложениях синего лазера. Для высокой выходной мощности BBO кристаллы используются как удвоители частоты; для более низких мощностей, КТП используется. Доступная выходная мощность составляет до 5000 мВт. Эффективность преобразования для получения лазерного излучения с длиной волны 473 нм неэффективна, и некоторые из лучших лабораторных результатов достигают эффективности 10-15% при преобразовании лазерного излучения с длиной волны 946 нм в лазерное излучение с длиной волны 473 нм. В практических приложениях можно ожидать, что это будет еще меньше. Из-за такой низкой эффективности преобразования использование ИК-диода мощностью 1000 мВт дает максимум 150 мВт видимого синего света.

Голубые лазеры также могут быть изготовлены непосредственно с полупроводниками InGaN, которые излучают синий свет без удвоения частоты. Синие лазерные диоды от 445 до 465 нм в настоящее время доступны на открытом рынке. Эти устройства значительно ярче, чем лазерные диоды с длиной волны 405 нм, так как большая длина волны ближе к максимальной чувствительности человеческого глаза. Коммерческие устройства, такие как лазерные проекторы снизили цены на эти диоды.

Внешность

Фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм (независимо от того, построен ли он из GaN или GaAs-диодов с удвоенной частотой) на самом деле не синий, а кажется глазу фиолетовым, цвет, к которому человеческий глаз имеет очень ограниченную чувствительность. При наведении на множество белых предметов (например, белую бумагу или белую одежду, которую стирали в определенных стиральных порошках) внешний вид лазерной точки меняется с фиолетового на синий из-за флуоресценция из осветляющие красители.

Для приложений отображения, которые должны выглядеть «истинно синим», требуется длина волны 445–450 нм. С развитием производства и коммерческой продажи недорогих лазерных проекторов, 445 нм. InGaN подешевели лазерные диоды.

Приложения

Сферы применения синего лазера включают:

  • Высокое разрешение Блю рей игроки
  • DLP и 3LCD проекторы
  • Телекоммуникации
  • Информационные технологии
  • Мониторинг окружающей среды
  • Электронное оборудование
  • Медицинская диагностика
  • Портативные проекторы и отображает

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Сильвестр Поровски: синий лазер. Poland.gov.pl (2001-12-12). Проверено 26 октября 2010.
  2. ^ Технология TopGaN синих / фиолетовых лазерных диодов
  3. ^ [1] Маленькая польская компания, о которой вы никогда не слышали, побеждает технологических титанов в ключевой технологии 21 века.
  4. ^ Домашняя страница - Ammono - производство полупроводников. Ammono.com. Проверено 26 октября 2010.
  5. ^ Сюдзи Накамура получает Премию тысячелетия в области технологий 2006 года. Gizmag.com (17 мая 2006 г.). Проверено 26 октября 2010.
  6. ^ Арпад А. Берг, Применение голубых лазерных диодов (LD) и светодиодов (LED), физ. стат. соль (а) 201, № 12, 2740–2754 (2004)
  7. ^ Пресс-релиз NobelPrize.org (7 октября 2014 г.): Шведская королевская академия наук приняла решение о присуждении Нобелевской премии по физике за 2014 г. Исаму Акасаки (Университет Мейджо, Нагоя, Япония, и Университет Нагоя, Япония), Хироши Амано (Университет Нагоя) , Япония) и Сюдзи Накамура (Калифорнийский университет, Санта-Барбара, Калифорния, США) «за изобретение эффективных синих светоизлучающих диодов, которые позволили создать яркие и энергосберегающие источники белого света»
  8. ^ У. Эйсманн и др., Активная и пассивная стабилизация мощного фиолетового диодного лазера с удвоением частоты. CLEO: Приложения и технологии, стр. JTu5A-65 (2016)