Лазерное освещение: Светодиодное освещение ― прошлый век, на очереди освещение лазерными диодами

Первый в мире белый лазер произведет революцию в мире дисплеев и освещения

Лампы накаливания уступают CFL и LED, но эти технологии освещения могут также исчезнуть. Команда ученых из Университета штата Аризона разработала лазер, который может производить чистый белый свет, более яркий и эффективный, чем самые лучшие светодиоды. Технически, изначально лазер сам по себе не белого света, но разумное использование наноматериалов позволяет трем цветным лучам стать одним белым.

Лазеры всегда были заманчивой технологией для мира освещения, так как они очень ярки, работают на больших расстояниях, и крайне эффективны. Проблема всегда была в том, что лазер не может быть белым. Новая разработка основана на лазере, созданном в 2011 году в Национальной лаборатории Сандии. Однако, это больше доказательство концепции, чем функциональное устройство. Белый лазер команды Аризонского Университета выдает достаточно света, чтобы его уловил глаз человека.  Это шаг в верном направлении.

Пока что нет способа генерировать белый лазер, но этот прорыв выдает тот же результат, смешивая три отдельных луча. Как вы уже догадались, это синий, красный и зеленый, как и пиксели в LCD или AMOLED экранах. Чтобы это работало, команде надо было создать полупроводниковый лазер, который способен работать со всем цветовым спектром, а это далеко не просто. В конце концов, они добились успеха, при помощи наноразмерного полупроводника на основе сплава ZnCdSSe.

Это был серьезный прорыв в настройке полупроводников для получения определенного цвета в пропорциональных объемах. Этого удалось достичь при помощи аккуратного контроля так называемой «постоянной решетки», расстояния между атомами в полупроводнике. Синяя часть спектра была особенно сложной, так как она уже изначально требует применения приемов для создания решетки, чтобы затем сформировать необходимую пропорцию.

Результатом всего этого стал белый лазер, но настраиваемая природа полупроводника означает, что лазер можно сделать любого цвета в спектре, просто увеличивая или уменьшая долю каждого красного, зеленого и синего каналов. Лазер может принимать до 70 разных оттенков, и является более точным, чем LED. В то время, как освещение является самым простым из применений, это только начало. Команда полагает, что белый лазер можно использовать в технологии дисплеев.

Но прежде чем это случится, нужно улучшить сам дизайн. Сейчас он использует обычный лазер как источник питания, но для практичности полупроводник должен уметь вытягивать электроны из батареи. Когда это будет сделано, мы станем на путь к лазерному освещению и дисплеям.

Нобелевский лауреат Сюдзи Накамура считает лазерное освещение и Li-Fi следующей целью для светодиодной промышленности

Сюдзи Накамура, изобретатель синего светодиода и лауреат Нобелевской премии по физике в 2014 г., на прошлой неделе посетил Тайвань и выступил в тайваньских университетах – Национальном университете Цинхуа и Национальном университете Чунг Син, а также в компании PlayNitride, производящей микродиоды. Накамура рассказал о своих исследованиях в Японии и США в области разработки синих светодиодов, а также о тенденциях и возможностях для светодиодной промышленности.

Сюдзи Накамура по приглашению посетил компанию PlayNitride

Еще в 1990-х гг. селенид цинка считался критически важным материалом для производства синих светодиодов. Накамура, однако, решил использовать нитрид галлия, хотя этот подход в то время считался тупиковым. Тем не менее, благодаря двухпоточной системе MOCVD, Накамура успешно разработал высокоэффективный синий светодиод на основе нитрида галлия.

Со времени изобретения синий светодиод произвел настоящую революцию в нашей повседневной жизни. Помимо энергосберегающего светодиодного освещения, синие светодиоды также обеспечили прорыв в области подсветки дисплеев, систем интеллектуального освещения и технологий создания дисплеев следующего поколения, не говоря уже о микро- и минидиодах.

Накамура сосредоточился на разработке систем освещения полного спектра. Он объединил фиолетовые светодиоды со смесью трех люминофоров, создав источник света с полным и непрерывным спектром. Компания SORAA продолжает расширять ассортимент светодиодных осветительных приборов без синего спектра.

Кроме того, Накамура работает над лазерным освещением, за которым, как он считает, будущее. Площадь излучателя лазерного света даже меньше, чем у светодиодов, что позволяет использовать его в более современных технологиях. Высокая мощность также делает его пригодным для автомобильных осветительных приборов. Кроме того, лазерные радары играют ключевую роль в развитии автономного транспорта.

В своем выступлении Накамура также упомянул о высоком потенциале технологии Li-Fi. Как подчеркнул Накамура, Li-Fi обеспечивает высокую скорость передачи данных, гарантирует безопасность и имеет расширенный спектр возможных применений.

Эффективные и широкополосные рассеиватели лазерного света без преобразования для приложений с высокой яркостью

Рассеиватель света на основе взаимосвязанных микротрубок hBN

Рассеиватель лазерного света основан на макроскопически (> ³ мм) расширенной наноархитектуре, состоящей из связанных между собой наноскопических пленок hBN (толщиной <25 нм) в виде полых трубок, см. Рис. 2. hBN имеет большую запрещенную зону до 6,5 эВ ²⁰ , обеспечивая низкие (<1%) коэффициенты поглощения в режиме видимого света.Сообщалось об оптическом пропускании до 99% при 250–900 нм для тонких (1–2 нм) пленок hBN ²¹ . Наш процесс синтеза (дополнительный рисунок 1) основан на керамическом шаблоне (дополнительный рисунок 2) ²² , который предлагает, в отличие от обычных никелевых шаблонов ²³ , используемых для синтеза пены hBN и графена, изготовление гибкость, так как шаблон ²² может быть адаптирован по плотности, микроструктуре (например, размеру пор и их взаимосвязи), а также по геометрии.Он состоит из случайно распределенных, взаимосвязанных микростержней ZnO с большими (до 100 мкм) пустотами и пористостью до 98% ²² . Синтез окончательной сетки BN включает в себя одноэтапное преобразование структуры микростержня ZnO, в которой тонкий (<25 нм) слой hBN формируется путем химического осаждения из паровой фазы (CVD), а шаблон ZnO одновременно удаляется (дополнительная информация Рис. 3 и дополнительное примечание 2). Окончательная полупрозрачная сеть микротрубок Аэро-БН (пористость> 99,99%) показана на рис.2а. Расчеты показывают, что удельная поверхность пен hBN составляет порядка 900 м ² г ^-1 (см. Дополнительное примечание 3). Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX, дополнительный рис. 5) показывает, что шаблон ZnO полностью удаляется во время CVD. Процесс приводит к неупорядоченной макроскопической сети ²⁴ , рис. 2b, состоящей из взаимосвязанных полых микротрубок hBN, с отдельными особенностями, различающимися по четко определенным размерам и размерам. Полые микропробирки hBN после синтеза имеют среднюю длину ~ 25 мкм, а их диаметр, d _tube , составляет от 300 до 3000 нм, в зависимости от геометрии используемых микростержней ZnO (рис.2c), как показано на рис. 2d – f. Таким образом, d _трубка имеет тот же порядок величины, что и длина волны видимого света. Процесс hBN CVD приводит к получению толщины стенки d _стенки <25 нм. Это намного меньше длины волны видимого света, что способствует взаимодействию света с веществом, в котором преобладает рассеяние рэлеевского типа ²⁵ . Что касается рис. 2е, стенки микропробирки hBN состоят из случайно расположенных взаимосвязанных нанопластинок hBN (см. Также дополнительный рис.6). Среднее расстояние между отдельными микропробирками, d _MT , на несколько мкм больше, чем длина волны видимого света. Результирующая архитектура сети Aero-BN приводит, таким образом, к оптической системе с микроскопическими (оптическими) флуктуациями плотности (объемы, заполненные воздухом и микропробирками hBN) по всей макроскопической структуре, как показано на рис. 2b. Процесс CVD аналогичен тому, который используется для создания макроскопически расширенных наноархитектур на основе взаимосвязанных сетей микростержней ZnO ^26,27,28 , с основным отличием в том, что здесь выращивают hBN с использованием жертвенного керамического шаблона.

а Фотографии Аэро-БН. Тонкий (<25 нм) слой hBN выращивают методом химического осаждения из паровой фазы с использованием макроскопически расширенных шаблонов тетраподальных микрочастиц ZnO. Слой hBN охватывает всю структуру шаблона, при этом он одновременно удаляется водородным травлением, в результате чего образуется отдельно стоящая сеть с низкой плотностью (<1 мг / см ^-3 ), состоящая из соединенных между собой полых микротрубок hBN. b Структура напоминает искусственный твердый туман, т.е.е., сильно оптически неупорядоченная (полностью рандомизированная) фотонная система с комбинацией размеров элементов, большей, равной или значительно меньшей длины волны падающего света. c Репрезентативные микрофотографии, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) шаблона ZnO, состоящего из соединенных между собой микростержней. d — f СЭМ-микрофотографии полученного Aero-BN после CVD. Микропробирки имеют среднюю длину ~ 25 мкм, диаметр от 300 до 3000 нм и толщину стенки <25 нм.{{\ mathrm {low}}} \)], что соответствует высокой и низкой продольной оптическим ветвям ZnO, а особенность на 384 см ⁻¹ отнесена к моде A ₁ (TO) ³³ . Кроме того, черная кривая показывает пик на ~ 584 см ^{— 1} , относящийся к моде E ₁ (LO). Широкий интенсивный пик на 1158 см ^{— 1} , который находится между удвоенными частотами, измеренными для мод A ₁ (LO) и E ₁ (LO), содержит вклады 2A ₁ ( LO) и 2E ₁ (LO) моды в Γ-точке зоны Бриллюэна, а также, возможно, 2LO-рассеяния ³³ .Более слабый пик ~ 1105 см ⁻¹ может быть отнесен к 2LO в точке H и K зоны Бриллюэна ³³ . Однако в спектре Aero-BN не наблюдаются пики ZnO, что соответствует удалению жертвенной матрицы ZnO.

a Рамановские спектры структуры Aero-BN (синий) и шаблона ZnO (красный). b Спектры EELS с малыми потерями объемного hBN ³⁷ (пунктир), Aero-BN (сплошной) и двухслойного hBN ³⁷ (пунктир).Положение и форма π-плазмона при ~ 6 эВ совпадают. Положения σ-плазмона ~ 15 эВ совпадают, в то время как форма и относительная интенсивность немного различаются, в то время как пик ~ 26 эВ (объемный BN) не виден. Спектры нормированы от начала π-плазмона до его вершины.

Исследования с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) показывают, что атомная структура Aero-BN напоминает структуру нанотрубок hBN (см. Дополнительное примечание 4 и дополнительный рис. 7) ³⁴ . Кроме того, микрофотографии с высоким разрешением (HR) показывают наличие многочисленных точечных и треугольных дефектов, потенциально полезных для каталитических применений ³⁵ (дополнительный рис.8). Толщина стенок микротрубок из BN определяется с помощью метода спектроскопии потерь энергии электронов (EELS) log-ratio ³⁶ (дополнительный рис. 9 и обсуждение) и составляет 4–25 нм. Спектры EEL в области плазмонов до 40 эВ показаны на рис. 3б в сравнении со спектрами двойного слоя hBN ³⁷ . Положения π-плазмона при 6 эВ и σ-плазмона при 15 эВ соответствуют эталону двойного слоя hBN ³⁷ . Это подтверждает наноразмерную толщину стенок микропробирок Aero-BN, поскольку объемный hBN показывает пик σ-плазмонного резонанса ~ 26 эВ ³⁷ .

Измерения оптического поглощения с помощью интегрирующей сферы (дополнительный рисунок 10), выполненные на макроскопическом образце Aero-BN ( ρ _Aero-BN ~ 0,68 мг / см ^-3 ), дают поглощение ~ 4,04, 0,85 и 0,11 % для синего (450 нм), зеленого (520 нм) и красного (638 нм) лазерного излучения соответственно. Немного большее поглощение при 450 нм может быть вызвано следами ZnO, однако его количество слишком мало, чтобы существенно повлиять на измерения, поскольку измеренное поглощение согласуется с поглощением структур hBN толщиной 1-2 нм ²¹ .Низкое поглощение в сочетании с размерами структурных элементов больше, равными, а также меньше величины падающей длины волны, приводит к неупорядоченной системе ²⁴ , в которой свойства переноса света определяются многократным светорассеянием.

Характеристики светорассеяния

Для анализа свойств светорассеяния и определения лежащих в их основе механизмов мы изготавливаем Аэро-БН с различной плотностью ρ _{Аэро-БН} (0.17–0,68 мг см ^–3 ) путем изменения начальной плотности шаблона ρ _T от 0,3 до 1,2 г см ^–3 (см. Дополнительный рис. 11). Это позволяет нам настраивать и контролировать внутренние светорассеивающие свойства, что является ключом к созданию предусмотренного рассеивателя лазерного света. Например, плотность шаблона ρ _T ~ 300 мг / см ⁻³ приводит к ρ _Aero-BN всего лишь ~ 0,17 мг / см ⁻³ (соответствует пористости> 99.99%), что ниже, чем у других известных макроскопически расширенных архитектур BN ^{34,38,39,40,41,42,43,44,45} (см. Дополнительную таблицу 2).

Светорассеивающие свойства демонстрируются путем освещения образца Аэро-БН с одной стороны сфокусированным лазером. На рисунке 4а показана фотография (перпендикулярная оси лазера) низкой плотности (? _Aero-BN ~ 0,17 мг / см ^-3 ) Aero-BN, освещенного на длине волны 520 нм. Полученная фронтальная фотография того же образца, освещенного в центре полупрозрачной стеклянной колбы, рис.4b, показывает, что большая часть падающего лазерного луча проходит через материал. На рис. 4c, d показаны соответствующие фотографии образца с более высоким начальным значением ρ _Aero-BN ~ 0,68 мг / см ^−3, для освещения 520 нм при 100 мВт. Как показано на рис. 4d, на экране полупрозрачной стеклянной колбы видно почти однородное изотропное распределение света без пропущенного видимого первичного луча. Соответствующие графики интенсивности, дополнительный рис. 12, полученные из рис.4а (выделенные области) показывают, что интенсивность падающего лазерного луча линейно уменьшается через образец в направлениях x и y . Это можно описать системой, в которой длина свободного пробега при рассеянии , , ^* намного больше, чем размеры образца ⁴⁶ , что приводит к общей низкой эффективности рассеяния (большая часть света проходит, а не рассеивается), т. Е. , отношение рассеянного света к проходящему и преобладающая баллистическая передача.Для шаблона микростержня ZnO, использованного для изготовления нашего Aero-BN, с той же микроструктурой (микростержни вместо полых микротрубок), наблюдается выраженное видимое обратное рассеяние (дополнительные рисунки 13–15), что указывает на фундаментальную роль геометрии полых трубок с несколько размеров элементов. Более подробное обсуждение влияния различных микроструктурных схем керамики можно найти в дополнительном примечании 5 и дополнительном рис. 16.

a Фотография ρ _Aero-BN ~ 0,17 мг / см ⁻³ , освещенная мощностью 100 мВт (размер пятна ~ 1 мм) на длине волны 520 нм. b Фотография того же образца, показанного в a , при освещении в центре полупрозрачной стеклянной колбы (вид спереди). c , d Фотография ρ _Aero-BN ~ 0,68 мг / см ⁻³ , освещенная мощностью 100 мВт на длине волны 520 нм, и результирующее рассеяние света, отображаемое с помощью полупрозрачной стеклянной колбы (вид спереди). e Угловая зависимость фототока для Аэро-БН с разной ρ _{Аэро-БН} по сравнению со структурой взаимосвязанных микростержней (t-ZnO; ρ _T ~ 300 мг · см ⁻³ ) для 520 нм при 100 мВт. Фотодиод полярно вращается над образцом, как показано на схемах. Графики представляют фототок, создаваемый только рассеянным светом. f Соответствующий нормированный фототок относительно азимутального вращения фотодиода.Подробные сведения об измерениях см. На дополнительных рисунках. 17–20.

Детальное распределение света, создаваемое при освещении образцов Aero-BN, исследуется с помощью фотогониометра ⁴⁷ (фотодиод, перемещаемый вокруг освещенного образца на сферической поверхности, см. Дополнительный рисунок 17), чтобы охарактеризовать свойства широкополосного светорассеяния. как функция угла (азимутального и полярного вращения) при 450, 520 и 638 нм, рис. 4e, f. Мы также рассматриваем сеть связанных между собой микростержней ZnO ^48,49 в качестве сравнения.Идеальный трехмерный рассеиватель света демонстрирует не зависящее от угла (изотропное) излучение во всем угловом диапазоне, так что свет излучается равномерно во всех направлениях. На рис. 4e, f показаны графики азимутального и полярного вращения, извлеченные из полярных графиков гониометрических измерений освещенных лазером сетей ZnO и Aero-BN (см. Дополнительные рисунки 18–20). В обоих случаях фотодиод поворачивается, а образец и ЛД неподвижны. Эти графики предоставляют количественные данные о количестве рассеянного, отраженного и прошедшего света.На рис. 4д изображена зависимость фототока для разных образцов от полярного угла. Он представляет собой фототок, создаваемый только рассеянным светом, в то время как отраженный и проходящий свет не достигает детектора. Напротив, на рис. 4f показан нормированный фототок как функция азимутального угла. В этом случае фототок, зарегистрированный для 90 ° < γ <180 °, вызван только рассеянием. Значение при γ = 90 ° представляет пропускание ( T ) и прямое рассеяние.Для γ > 180 ° фототок является результатом отражения и рассеяния. Как показано на рис. 4e, сетка ZnO с ? _ZnO ~ 300 мг / см ^-3 показывает только небольшой, но однородный фототок (~ 1,5 мкА), вызванный в основном обратно рассеянным светом. Таким образом, через структуру почти не проходит свет, рис. 4f. Aero-BN, с другой стороны, показывает гораздо более сильное излучение и более равномерное распределение света лазерного луча. Измеренный фототок, вызванный азимутально рассеянным светом от Аэро-БН (рис.4д) составляет ~ 2,5–4 мкА и 6–7 мкА для ρ _Aero-BN ~ 0,17 и ~ 0,68 мг / см ^–3 соответственно. Таким образом, для образца с более высокой плотностью количество рассеянного света в ~ 4,6 раза выше, чем для сетки ZnO, даже несмотря на то, что плотность сетевой структуры уменьшается в ~ 440 раз. Как показано на рис. 4f, количество света, прошедшего ( γ, = 90 °) через ρ _Aero-BN ~ 0,68 мг / см ^-3 , в ~ 4 раза больше, чем отраженный (и рассеянный) свет. ( γ > 180 °).Отношение между проходящим и рассеянным светом (идеальное значение 1 для изотропного диффузора) уменьшается с увеличением плотности сети. Для ρ _Aero-BN ~ 0,17 мг / см ⁻³ это ~ 200, тогда как для ρ _Aero-BN ~ 0,68 мг · см ⁻³ . Значение 1 может быть достигнуто путем дальнейшего увеличения ρ _Aero-BN . Средняя интенсивность рассеяния S рассчитывается путем усреднения интенсивностей фототока полярных графиков для 105 ° < γ <170 ° и 100 ° < δ <230 °.Относительное отклонение S относительно T ( γ = 90 °) показано на дополнительном рисунке 21 как функция оптической поверхностной плотности, то есть плотности, умноженной на длину образца, для трех длин волн. За счет увеличения оптической поверхностной плотности ( ρ _Aero-BN × L ) отношение ( T-S ) / S более чем на три порядка, независимо от длины волны. Свет с более короткой длиной волны рассеивается более эффективно, как для рэлеевского рассеяния ^50,51 (см. Дополнительный рис.22). Дополнительные сведения о свойствах светорассеяния приведены в дополнительном примечании 6 и дополнительных рисунках. 23–27, демонстрируя, что многократное рассеяние света, наблюдаемое в Aero-BN, является результатом комбинации пренебрежимо малых потерь поглощения и контроля плотности центров рассеяния на несколько порядков величины. Кроме того, мы демонстрируем независимую настройку плотности во всех трех измерениях (с учетом почти нулевого эквивалента коэффициента Пуассона таких пеноматериалов с низкой плотностью ⁵² , см. Также дополнительный рис.24). Это позволяет контролировать светорассеяние и почти постоянную плотность фотонов вблизи поверхности с максимальным линейным распадом в одном измерении.

Снижение контраста спеклов

Характер рассеяния также позволяет нам использовать Aero-BN для лазерного освещения без распознаваемых спекл-структур, тем самым решая одну из основных проблем использования светодиода в качестве источника света ^18,53,54 . Спекл — это результат интерференции световых лучей с одинаковой частотой, но разной фазой и амплитудой, в результате чего возникает волна со случайными вариациями амплитуды ⁵⁵ .Наиболее многообещающий подход к предотвращению появления спеклов — это использование оптического компонента, расположенного ниже по потоку, который накладывает сразу несколько спекл-структур ^18,53,56 , так что в среднем человеческий глаз не видит никакой картины при времени экспозиции ~ 1/60 с ⁵⁷ . В нашем Aero-BN первичный лазерный луч многократно рассеивается. Таким образом, он разделяется на большое количество независимых лучей, вызывая множественные перекрывающиеся спекл-структуры. Это снижает контрастность спеклов объектива на χ (т.е.е., средняя интенсивность спекл-паттерна, деленная на стандартное отклонение интенсивности) до ~ 2%, что ниже, чем для человеческого глаза (4%) ¹⁸ . На рис. 5 показана спекл-картина объектива для разных длин волн в зависимости от материала и плотности Aero-BN (? _Aero-BN ). Для Aero-BN высокой плотности ( ρ _Aero-BN ~ 0,68 мг / см ⁻³ ) контраст спеклов самый низкий, с минимальными значениями ~ 2,96%, 1,52% и 5,52% для 450, 520 и 638 нм (каждый по 100 мВт) соответственно.Таким образом, человеческий глаз практически не видит пятен. Еще более низкий спекл-контраст может быть достигнут при использовании более высокого значения ρ _Aero-BN. Наш Aero-BN превосходит коммерчески доступные пластинчатые диффузоры, такие как DG10-220 ( Thorlabs ), с точки зрения контраста спеклов, поскольку они имеют более чем в 5 раз более высокий контраст спеклов (16%). Он также превосходит сеть связанных между собой микростержней из ZnO, так как там невозможно достичь чистого рассеяния света (см.также дополнительный рис.15) из-за отсутствия центров рассеяния рэлеевского типа на наномасштабе. Более низкий спекл-контраст для Aero-BN на более низких длинах волн является прямым следствием зависимости от длины волны ( λ ⁻⁴ ) рэлеевского рассеяния ^50,51 . Из-за непрерывного разделения луча в результате множественных процессов светорассеяния низкий спекл-контраст также может быть связан с небольшими (<50 нм) термически активированными движениями полых микротрубок с толщиной стенок <25 нм, что приводит к изменяющейся во времени спекл-структуре ( см. также дополнительное примечание 7 и дополнительную таблицу 4).Это похоже на уменьшение контраста спеклов, полученное при использовании коллоидных дисперсий, со значениями всего 3% из-за броуновского движения частиц ¹⁸ . По сравнению с другими методами уменьшения спекл-контраста, например, с помощью случайной генерации ⁵⁸ , с использованием небольших движущихся диффузоров ⁵³ , вращающихся диффузоров из матового стекла ⁵⁹ или неподвижных матричных диффузоров Адамара ⁶⁰ , наш подход не требует сложных микромеханических устройств , что упрощает использование и снижает вероятность сбоев (см. также дополнительное примечание 1 и дополнительную таблицу 1).

Объективная спекл-картина при 450, 520 и 638 нм для двух образцов Аэро-БН с высоким ( ρ _Aero-BN ~ 0,68 мг см ⁻³ ) и низким ( ρ _Aero-BN ). ~ 0,17 мг / см ^-3 ), сетку из пористых микростержней из ZnO ( ρ _T ~ 300 мг / см ^-3 ) и промышленный пластинчатый диффузор. Значения контраста спекл даны в%.

Настраиваемая лазерная подсветка RGB

Жизнеспособность нашего Aero-BN в сочетании с лазерной системой RGB в качестве источника освещения, в качестве альтернативы удаленным люминофорам, демонстрируется путем освещения ρ _Aero-BN ~ 0 .68 мг / см ⁻³ образца при различной интенсивности лазерного излучения под прозрачным стеклянным сферическим экраном. Полученные изображения представлены на рис. 6a вместе со значениями цветового пространства Международной комиссии по освещению (CIE), отмеченными на цветовой карте на рис. 6b. Известно, что полностью первичный подход к смешиванию длин волн лазера RGB, то есть комбинация трех (красный, зеленый и синий) или даже четырех (красный, желтый, зеленый и синий) длин волн лазера превосходит эффективность любого другого известного белого -источник света ^2,3,4,8 .Кроме того, возможная цветовая гамма (то есть подмножество цветов, которое может быть точно представлено) такой системы аналогична цветовой гамме светодиодов или ЖК-дисплеев ⁶¹ . Настраивая индивидуальную интенсивность нашего лазерного источника RGB, можно получить все цвета в результирующем треугольнике RGB (рис. 6b). Для максимальной интенсивности всех лазеров излучается белый свет, близкий к стандартному белому осветителю CIE D65 ⁶² . Соответствующие фотографии ? _{Аэро-БН} ~ 0.68 мг / см ^-3 , освещенные на 450, 520 и 638 нм, показаны на рис. 6c вместе с фотографией того же образца, освещенного сразу всеми длинами волн, что приводит к диффузному освещению белым светом. Таким образом, наш Aero-BN представляет собой идеальный широкополосный диффузор (см. Также дополнительный фильм 1) и может использоваться для изготовления настраиваемых лазерных источников света RGB с широкой цветовой гаммой, в зависимости только от характеристик реальной используемой лазерной системы, а не от света. эффекты преобразования, такие как в случае удаленных люминофоров.

a Распределение света образца Aero-BN с высокой ρ _{, освещенного в середине полупрозрачной стеклянной колбы с различной интенсивностью для каждой длины волны (450, 520 и 638 нм). Белый свет излучается, когда все лазеры (R + G + B) работают на максимальной мощности (100 мВт). b Цветовая карта CIE с отмеченными значениями для изображений в a . Значение, полученное для смешивания R + G + B, близко к стандартному белому источнику света CIE D65 ⁶² (желтый кружок). c Фотографии образца с ρ Aero-BN ~ 0,68 мг / см ⁻³ , освещенного на 450, 520 и 638 нм (100 мВт каждый, размер пятна 1 мм), соответственно, а также в результате получается белый свет, если использовать все лазеры одновременно. Стрелки указывают направление падающего лазерного луча.}

Порог лазерного повреждения

Чтобы продемонстрировать, что Aero-BN может преодолевать уровни излучения современных люминофоров, необходимых для приложений с высокой яркостью освещения, таких как автомобильные фары или проекторы, мы охарактеризовали его термическое разложение и лазерное повреждение порог.Термогравиметрический анализ (ТГА) в атмосфере азота показывает, что вес практически не изменяется (± 2 мас.% До 1000 ° C). В кислородсодержащей атмосфере (азот / кислород ~ 1/4) материал стабилен до 700 ° C, где начинается образование B ₂ O ₃ ⁶³ (дополнительный рис. 28). Химическая реакция также подтверждает присутствие hBN по сравнению с другими кристаллическими формами BN, такими как вюрцит нитрид бора (wBN) и кубический нитрид бора (cBN) ⁶⁴ . Для определения порога лазерного поражения мы используем сфокусированное (диаметр пятна ~ 8.4 мкм) высокомощный (3 Вт) лазер непрерывного действия на длине волны 450 нм. Порог определяется путем перемещения сфокусированного лазерного луча по отдельной трубке и одновременной записи микропробирки с помощью камеры устройства с зарядовой связью (ПЗС). После каждого прохода мощность лазера увеличивается до тех пор, пока лазер не вызовет морфологические повреждения (например, разрушение микропробирок, см. Дополнительный рисунок 29). Однако даже при максимальной мощности (~ 650 кВт / см ^-2 ) сеть Aero-BN остается нетронутой, тогда как коммерчески доступный современный люминофор демонстрирует деградацию на уровне ~ 80 кВт / см ^-2 (см. Дополнительный рис.30). В отличие от Aero-BN люминофор активно преобразует падающий лазерный свет в энергию, что приводит к повышенному накоплению тепла. Для достижения еще более высоких плотностей мощности мы используем высоко сфокусированный импульсный лазер (диаметр пятна ~ 1 мкм) на длине волны 355 нм, с частотой следования 100 Гц и длительностью импульса ~ 7 нс (см. Дополнительный рисунок 29). В этой конфигурации Aero-BN показывает высокий порог лазерного повреждения ~ 430 МВт / см ^-2 (~ 2,65 Дж / см ^-2 ), что в ~ 10 раз выше, чем у коммерчески доступного люминофора (см. Дополнительный рис.31) ^12,13,17 . Это напрямую связано с микроскопической структурой Аэро-БН. Наноскопическая толщина стенки приводит к высокому коэффициенту пропускания отдельных трубок, а это означает, что только небольшая часть лазерного света взаимодействует с одной трубкой. Кроме того, низкое поглощение hBN в видимой области спектра ²¹ означает, что минимальное количество энергии преобразуется в тепло. Высокая теплопроводность (~ 400 Вт · м ⁻¹ K ⁻¹ ) ²³ hBN помогает быстро отводить тепловую энергию от освещенного пятна ⁶⁵ .Высокая пористость (> 99,99%), небольшая толщина стенки <25 нм, а также пустоты микрометрового размера обеспечивают эффективное управление теплом, аналогичное тому, о котором сообщалось для других пеноподобных наноструктур, таких как графеновая пена ^66,67 , так как тепло может легко переноситься в окружающий воздух. Кроме того, объемная теплоемкость нашей пены Aero-BN сравнима с теплоемкостью окружающего воздуха, поскольку оба имеют одинаковую плотность (\ (\ rho _ {{\ mathrm {air}}} \ sim 1. {- 3}; 0.{- 3} \)). Таким образом, порог повреждения является лишь оценкой нижнего предела разрушения. Порог макроскопического разрушения Aero-BN потенциально намного выше, когда используется макроскопический лазерный луч, не сфокусированный в такое маленькое пятно.

Лазерные системы и лазерное шоу от Laserworld

Лазерные рождественские огни и наружные лазерные фонари

Лазер полного спектра

Идеально подходит для праздников, спортивных мероприятий, свадеб
и круглогодичного ландшафтного освещения

Лазерный проектор RGB Classic ™

Мгновенно привнесите в свой дом впечатляющие и потрясающие лазерные световые эффекты уровня тематического парка за считанные секунды.Теперь с возможностью подключения по Bluetooth со встроенными водонепроницаемыми динамиками!

рекомендуемые товары

Самые яркие и умные лазерные проекторы на рынке четыре года эксплуатации
Охватывают до 3000 кв. Ft. Пространство за секунды!

Качественная дифракционная оптика и лазерные диоды высокой мощности

Мы используем лучшее в отрасли дифракционное стекло с разрешением 19 500 точек на дюйм, которое позволяет разбивать отдельные лазерные лучи на тысячи цветных точек.
С двумя, тройными и роскошными моделями RGB у нас на 300% больше дифракционной мощности по сравнению с другими брендами!

Пользовательский пульт дистанционного управления

Выберите цвет (а), скорость управления, режим стробоскопа, таймер, переходный режим и многое другое с помощью нашего удобного прилагаемого пульта дистанционного управления

IP65 / IP44 Водонепроницаемость

Пыленепроницаемые и водонепроницаемые, наши лазерные проекторы обеспечивают круглогодичную работу и защиту от внешних воздействий

Работает в очень холодном климате

Наши лучшие в отрасли внутренние термостаты позволяют эксплуатировать проекторы нашей марки при температурах до -31F

ОТЗЫВЫ КЛИЕНТОВ