Нанолазер - це напівпровідникові наногетероструктури, де приставка «нано» повідомляє тільки про розмір, нанометр дорівнює 10-9 м. Сама гетероструктура представляє по суті, монокристал, для конструювання якого застосовуються два різних за своїм хімічним складом матеріалу: в напівпровіднику знаходиться чужорідний шар таким чином, що межа між різними матеріалами стає бездефектной. Саме цей момент досить довгий час вважався неможливим.
Розвиток напівпровідникових лазерів було пов'язано з кванторазмернимі ефектами в тонких плівках, так як прогрес в зменшенні основного показника ефективності, порогового струму, фактично встав. Це пояснюється тим, що область потенційних носіїв заряду в вузькозонних шарі була все ще досить товстою. Але якщо даний шар зробити досить тонким, то електрон стане відчувати інтерференцію (взаємодіяти з іншими пучками електронів), як світло на тонкій бензинової плівці. У житті це стає причиною збільшення потужності світлового потоку геторолазера, що дозволяє його використовувати в пристроях зберігання інформації. Поява нових фізичних властивостей у нанолазер дає можливість запису на CD істотно більшої кількості даних.
Американські працівники науки створили мініатюрні лазери, які можна пременять в напівпровідникових чіпах. Подібні "нанотрубки", діаметр яких дорівнює всього одній стомільйонний частці міліметра, дозволять в перспективі зробити інформаційні технології більш компактними і в той же час - більш швидкими.
Вчені з Гарвардського університету під керівництвом Чарльза Лібера змогли створити однотрубочние лазери з напівпровідникового матеріалу сульфід кадмію.
Лазери в наш час широко застосовуються в телекомунікаційній сфері і, наприклад, в медицині, але зменшення їх габаритів в тисячі разів здатне сильно розширити сферу їх застосування.
Вперше подібного ефекту вдалося домогтися групі Лібера, що створила лазер на основі нановолокна з сульфіду кадмію, що знаходиться на кремнієвій підкладці. Електричний контакт тут здійснюється за допомогою шару металевого провідника, нанесеного поверх нановолокна. Якщо на нього подати конкретно певну напругу крізь структуру починає проходити струм, а кінці нановолокон випускають блакитно-зелене світло з довжиною хвилі близько 490 мікрометрів.
Після досягнення струмом певної межі, випромінювання стає майже монохромним, що є вірна ознака індукованого лазерного випромінювання. Інші напівпровідникові матеріали, на кшталт нітриду галію і фосфіду індію, дають можливість продукувати лазерне випромінювання в широкому діапазоні довжин хвиль - практично перекриваючи всю спектральну область від ультрафіолету до інфрачервоного випромінювання.
Незважаючи на те, що ряд технічних проблем ще в процесі рішення, вчені з Гарварду вважають, що можливості застосування нових лазерів в ряді областей - наприклад, в хімічних і біологічних сенсорах, в мікроскопії та лазерної хірургії - вже з'явилися на горизонті.
Наноструктурні технології, використовувані для формування світлодіодних гетероструктур, вже дозволяють отримувати потужні напівпровідникові джерела світла з рекордними характеристиками по світловіддачі. Фактично ми стоїмо на порозі революційного перевороту в області світлотехніки, коли потужні білі світлодіоди будуть витісняти в області загального освітлення спочатку лампи розжарювання, а потім і люмінесцентні лампи.
Напівпровідникові джерела світла мають наступні переваги в порівнянні з традиційними джерелами:
зниження електроспоживання для загального освітлення в 5-7 разів;
зниження витрат на обслуговування в 4-5 разів за рахунок збільшення часу напрацювання до відмови до 50 000 годин;
виключення негативного впливу на людину ультрафіолетового та електромагнітного випромінювань від засобів освітлення;
електробезпека за рахунок переходу на низьке (менше 36 В) напруга вторинного харчування;
екологічна чистота і безпека засобів освітлення.
Напівпровідникова світлотехніка, будучи ефективною енергозберігаючою технологією, за останні роки отримала бурхливий розвиток практично у всіх країнах світу. Першою країною, яка здійснить революцію напівпровідникового освітлення, стане Китай. Друге місце за темпами розвитку напівпровідникового освітлення належить іншим країнам Азії, третє - Європі, а США - тільки четверте.
Напівпровідниковий освітлення вельми активно впроваджується на авіаційному та залізничному транспорті. Для більшості транспортних застосувань перевага систем освітлення полягає в їх малій тепловиділення і невеликому розмірі. Тому світлодіодні системи освітлення є оптимальним вибором для залізниць.
Одна з найбільш масштабних областей застосування напівпровідникового освітлення - ЖКГ. Напівпровідниковий освітлення допоможе скоротити витрати на обслуговування, зменшити споживання енергії і запобігти вандалізм в неохоронюваних місцях. Використання напівпровідникових джерел світла для внутрішньо квартирного та офісного освітлення стане можливим з вирішенням проблеми стандартизації критеріїв енергозбереження, визначення вимог до допустимої деградації світлового потоку з часом і вимог до індексу передачі кольору.
Хоча найбільш вражаючою сферою застосування напівпровідникових джерел світла в автомобільній світлотехніки є фари переднього світла, їх розробка особливо складна через підвищених вимог до величини світлового потоку і до відведення тепла. Очевидно, перші розробки фар переднього світла поєднуватимуть найбільш потужні традиційні джерела світла (наприклад, метал-галогенну HID лампу) з напівпровідниковими.
Розвиток технологій напівпровідникового освітлення відбуватиметься, в першу чергу, за рахунок вдосконалення епітаксіального вирощування напівпровідникових гетероструктур методом MOCVD (Metalorganic chemical vapour deposition), а також вдосконалення надчеревній матеріалу на основі лейкосапфира і освоєння нових надчеревній матеріалів GaN і AlN, що призведе до різкого підвищення якості і ефективності гетероструктур. З іншого боку, повинна вдосконалюватися конструкція для забезпечення відводу тепла при великих робочих токах. Велике значення мають роботи по створенню високоефективних широкосмугових люмінофорів, що забезпечують як високу стабільну світловіддачу, так і високий індекс передачі кольору генерується білого світла.
Схожі документи:
кристали. Клатрати. Електропровідні і оптичні властивості. Нанолазер і світлодіоди з регульованою довжиною хвилі. Зміна.