«Революция в мире освещения», «шаг к суперскоростному интернету», «основа для создания нового типа дисплеев» — таким информационным фоном сопровождались испытания полупроводникового белого лазера, проведенные прошлым летом исследователями из Аризонского университета. Известно, что, с точки зрения физики, белый свет — это лишь комбинация других цветов. Американцы добились результата, смешав красный, синий и зеленый лазерные лучи. В то же самое время наши ученые из Института физики НАН Беларуси предложили иной, принципиально новый способ получения белого излучения, открывающий возможности создать довольно компактные лазерные установки с высоким качеством белого света. В чем же суть? Разобраться «СБ» помог Максим Леоненя, научный сотрудник лаборатории физики и техники полупроводников.
Максим Леоненя с коллегой настраивает уникальный лазер.
Коробка с полупроводниковыми порошками — они главная составляющая в работе — похожа на палитру художника, собравшегося писать осенний пейзаж. Однако «краски», а на деле соединения на основе цинка, кадмия, селена, обманчивы. Желтый в лазерах светит синим, оранжевый — зеленым, красный — желтым, черный — красным.
— Каждый из этих микропорошков дает излучение в разной области спектра. Надо сказать, что на данных типах порошков генерации лазерного излучения в мире тоже ранее получено не было, тем более в видимом диапазоне. Мы тут первые. Но, добившись этого, шагнули еще дальше — взяли их и смешали. В принципе, исходя из физических законов, сложно было предугадать, что все это действительно заработает, — не скрывает Максим. — Потому что, по идее, синее излучение должно было поглотиться тем порошком, который светит зеленым, и так далее. Но на деле оказалось все иначе. За счет рассеяния, от которого, как в процессе работы выяснилось, мы полностью в белых лазерах и зависим, излучение не поглощается, а смешивается, причем очень качественно.
В этом и есть главное отличие отечественного метода. Обычно белого излучения добиваются так: несколько отдельно стоящих лазерных структур дают лучи разного цвета, которые потом с помощью различной оптики смешивают, объединяют в один пучок. Это и сделали американцы. Но такой подход имеет свои недостатки: белый луч получается только на расстоянии, у установки большой размер, и качество света не такое высокое. У нас же смешиваются порошки, генерирующие четыре цвета — синий, зеленый, желтый и красный, и полученная смесь сразу позволяет получать белый свет, без использования дорогостоящей оптики.
На входе в комнату, где стоит установка, на которой и проводятся все испытания, — внушительный плакат по основам лазерной безопасности. Он гласит, что нет полностью безопасных лазеров (при неосторожности они способны «убить зрение»), наибольшие проблемы таит неконтролируемое и отраженное излучение, а также устанавливает множество запретов, например, на нахождение в комнате посторонних, незнакомых со схемой проводимого эксперимента. Поэтому к рекомендациям сотрудников, куда можно смотреть, а куда нет, стоит прислушаться. Установка экспериментальная, на ней пробуются разные варианты системы, изучаются свойства, характеристики генерации белого излучения. Ведь это пока совсем новая область, и вопросов еще слишком много. Чтобы найти на них ответы, задействовано очень дорогое оборудование стоимостью около 15 тысяч евро.
Пинцет — оружие ученого.
— В основе нашей разработки лежит случайная генерация излучения. И самая большая задача — разобраться с ней. Ведь сама среда, смесь порошков, разупорядоченная, неоднородная. Предсказать, как будут взаимодействовать между собой частицы активной порошковой среды белого лазера, очень сложно. Поэтому, нанеся смесь на основу и смещаясь по ней, мы ищем области, которые дают излучение сразу на четырех длинах волн, примерно с одинаковой интенсивностью. Найдя такую точку, мы можем закрепить конструкцию в нужном положении — и все, лазерное устройство готово. Конечно, исходя из ряда параметров — размера частиц в порошке, длины волны возбуждения и люминесценции, температуры окружающей среды, — можно оптимизировать процесс и получить наиболее подходящую среду и условия для создания белого лазера, — обозначает главные «точки роста» работы Максим Леоненя.
Пока что и у нас, и за рубежом в этой теме науки больше, чем практики. Технология на данном этапе слишком дорога и сложна, чтобы ее можно было применить в повседневной жизни. Чтобы она сделала шаг из лаборатории к потребителю, стала универсальной и доступной, предстоит уйти от оптической накачки «белых» установок другими, громоздкими лазерами и начать использовать для этой цели, например, компактные и дешевые лазерные диоды. И это еще одна большая задача. Ведь перспективы использования «белых лучей» головокружительные. Они, как предполагается, помогут сделать новый тип прозрачных дисплеев — некоторые разработчики даже говорят о том, что «ожить» сможет оконное стекло. А также сделать более экономичным освещение, обойдя светодиодное, усовершенствовать систему передачи данных Li–Fi, которая будет работать в 10 раз быстрее привычного Wi–Fi, послужить в качестве биосенсоров в медицине (например, для исследования микроповреждений в тканях и костях).
Главное, получен эффект и есть возможность его улучшать, считает Максим Леоненя, представлявший эту работу белорусских ученых на самой крупной в мире конференции по фотонике, лазерам и биомедицинской оптике в Сан–Франциско. Сам факт участия в столь авторитетном научном форуме — свидетельство интереса к разработке ученых Института физики. Создатели белого лазера уже подали заявку на белорусский патент, проводится процедура получения европейского и американского. А в планах — научиться получать белый свет на пяти, шести длинах волн и далее изучать физические процессы в надежде на новые научные открытия.
Кстати
Всю неделю с 26 по 30 сентября в Минске проходит масштабный международный научный форум ICONO/LAT, традиционно объединяющий две конференции: по когерентной и нелинейной оптике, а также лазерам и их применению. Поделиться своими успехами и идеями в этих областях к нам съехались ученые из 15 стран Европы, США, Канады, Мексики, Китая, Японии, а также представители практически всех ведущих научных организаций постсоветского пространства. Достижения Института физики — непосредственного организатора форума от НАН Беларуси — будут представлены 80 докладами. Также в качестве организаторов выступили РАН, МГУ и Белорусский фонд фундаментальных исследований.
vasilishina@sb.by
Советская Белоруссия № 186 (25068). Среда, 28 сентября 2016
