Войти
Следы фиолетового лазера мощностью 20 мВт 405 нм показывают четкую флуоресценцию на некоторых объектах A синий лазер - это лазер, который излучает электромагнитное излучение с длиной волны от 360 до 480 нанометров, которое человеческий глаз воспринимает как синий или фиолетовый.
Голубые лучи генерируются гелий-кадмиевыми газовыми лазерами на 441,6 нм и аргон-ионными лазерами на 458 и 488 нм. Полупроводниковые лазеры с синими лучами обычно основаны на нитриде галлия (III) (GaN; фиолетовый цвет) или нитриде галлия индия (часто истинно синего цвета, но также может производить другие цвета). И синие, и фиолетовые лазеры также могут быть созданы с использованием удвоения частоты инфракрасных длин волн лазеров от диодных лазеров или твердотельных лазеров с диодной накачкой.
Диодные лазеры, излучающие свет на длине волны 445 нм, становятся все более популярными. популярны как портативные лазеры. Лазеры, излучающие длины волн ниже 445 нм, выглядят фиолетовыми (но иногда их называют голубыми лазерами). Некоторые из наиболее распространенных в коммерции голубых лазеров - это диодные лазеры, используемые в приложениях Blu-ray, которые излучают «фиолетовый» свет 405 нм, что является достаточно короткой длиной волны, чтобы вызвать флуоресценцию в некоторых химические вещества, так же, как и излучение в ультрафиолет («черный свет »). Свет с длиной волны короче 400 нм классифицируется как ультрафиолетовый.
Устройства, использующие синий лазерный свет, используются во многих областях, от оптоэлектроники для хранения данных с высокой плотностью записи до медицинских приложений.
445–450 нм Синий лазер (в центре) Красные лазеры могут быть построены на полупроводниках арсенида галлия (Ga As ), на который помещается дюжина слоев атомов, образующих часть лазера, генерирующего свет из квантовых ям. Используя методы, аналогичные методам, разработанным для кремния, подложка может быть построена без дефектов, называемых дислокациями, и размещенных атомов таким образом, чтобы расстояние между теми, которые составляют землю, и теми квантовых ям одинаковы.
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 высоких газообразный азот под давлением. Технические проблемы казались непреодолимыми, поэтому исследователи с 1960-х годов пытались депонировать GaN на основе легкодоступного сапфира. 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 (10–10 / см), чтобы легко создать мощный лазер.
В начале 1990-х годов Институт физики высоких давлений при Польской академии наук в Варшаве (Польша ) под руководством доктора Сильвестра Поровски была разработана технология для создания кристаллов нитрида галлия с высоким структурным качеством и менее 100 дефектов на квадратный сантиметр - по крайней мере в 10000 раз лучше, чем у лучших кристаллов на сапфировой основе. 30>
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 синих лазерах используется сапфировая поверхность, покрытая слоем нитрида галлия (эту технологию использует японская компания Nichia, имеющая соглашение с Sony ), а в синих полупроводниковых лазерах используется поверхность монокристалла нитрида галлия (польская компания).
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, но эта компания не производит голубые лазеры.
За свою работу Накамура получил Премию тысячелетия в области технологий, присужденную в 2006 году, и Нобелевскую премию по физике, присужденную в 2014 году.
До В конце 1990-х годов, когда были разработаны голубые полупроводниковые лазеры, голубые лазеры были большими и дорогими газовыми лазерами инструментами, которые полагались на инверсию населенностей в смесях инертных газов и нуждались в больших токах и сильном охлаждении.
Благодаря предшествующему развитию многих групп, в том числе, в первую очередь, группы профессора Исаму Акасаки, Сюдзи Накамура из Nichia Corporation и Sony Corporation в Анане (Токусима-кен, Япония) сделала ряд изобретений и разработала коммерчески жизнеспособные синие и фиолетовые полупроводниковые лазеры. Активный слой устройств Nichia был сформирован из квантовых ям InGaN или квантовых точек, спонтанно образованных посредством самосборки. Новое изобретение позволило разработать небольшие, удобные и недорогие синие, фиолетовые и ультрафиолетовые (УФ ) лазеры, которые ранее не были доступны, и открыло путь для таких приложений, как высокоплотные HD DVD для хранения данных и диски Blu-ray. Более короткая длина волны позволяет ему читать диски, содержащие гораздо больше информации.
Исаму Акасаки, Хироши Амано и Сюдзи Накамура выиграли Нобелевскую премию по физике в 2014 г. "за изобретение эффективного синего излучения света. диоды, которые позволили создать яркие и энергосберегающие источники белого света ».
445–450 нм Голубой лазер (посередине) Инфракрасные лазеры на основе полупроводников доступны уже несколько десятилетий, для Например, в качестве источника накачки для телекоммуникационных или твердотельных лазеров. Их можно удвоить по частоте до синего диапазона с помощью стандартных нелинейных кристаллов.
Фиолетовые лазеры могут быть сконструированы непосредственно с полупроводниками GaN (нитрид галлия), как отмечено. 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 Прямое дублирование инфракрасных диодных лазеров без более длинноволнового твердотельного лазера с диодной накачкой, расположенного между диодным лазером и двойным кристаллом.
Максимальная мощность 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, при выходной мощности 2,6 Вт была продемонстрирована около 400 нм.
Синие лазерные указатели, которые стали доступны примерно в 2006 году, имеют ту же базовую конструкцию, что и зеленые лазеры DPSS. Чаще всего они излучают свет с длиной волны 473 нм, который создается удвоением частоты лазерного излучения с длиной волны 946 нм от кристалла Nd: YAG или Nd: YVO4 с диодной накачкой. 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 получения высокой выходной мощности кристаллы BBO используются как удвоители частоты; для более низких мощностей используется KTP. Доступная выходная мощность составляет до 5000 мВт. Эффективность преобразования для получения лазерного излучения с длиной волны 473 нм неэффективна, поскольку в некоторых из лучших лабораторных исследований эффективность преобразования лазерного излучения с длиной волны 946 нм в лазерное излучение с длиной волны 473 нм составляет 10-15%. 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.
Фиолетовый лазер 405 нм (сконструированный из GaN или лазерных диодов на основе GaAs с удвоенной частотой) на самом деле не синий, а кажется глазу фиолетовым, для которого цвет человеческий глаз имеет очень ограниченную чувствительность. При наведении на множество белых объектов (например, белую бумагу или белую одежду, которую выстирали в определенных стиральных порошках) внешний вид лазерной точки меняется с фиолетового на синий из-за флуоресценции осветления. красители.
Для дисплеев, которые должны выглядеть «истинно синим», требуется длина волны 445–450 нм. С развитием производства и коммерческой продажей недорогих лазерных проекторов, лазерные диоды InGaN с длиной волны 445 нм упали в цене.
Области применения синего лазера включают:
