Laser που εκπέμπει UV ακτινοβολία θα μπορεί να αντικαταστήσει τους λαμπτήρες

Από σελίδα του UniSci 23 Οκτωβρίου 2000

Το πρώτο laser στερεάς κατάστασης μικροκοιλότητας με εκπομπή υπεριώδους φωτός (UV)  έχει επιδειχθεί στη πρωτότυπη μορφή του από επιστήμονες στο τμήμα της Ενέργειας των Εργαστηρίων Sandia των ΗΠΑ, που δουλεύουν μαζί με συναδέλφους τους του Πανεπιστημίου Brown. Τα laser αυτά που ονομάζονται VCSELS (vertical-cavity surface-emitting lasers), είναι ημιαγωγοί και επικαλύπτονται με φωσφόρο που θα ενεργοποιείται έτσι για να εκπέμπει ορατή ακτινοβολία.

Το Ινδιο ένα στοιχείο που προστέθηκε στο VCSELS τον Αύγουστο του 1999 ήταν αυτό πού άλλαξε τη συμπεριφορά του. Τα VCSELS φτιάχνονται από μικροσκοπικές λεπτές στρώσεις ημιαγωγών υλικών που εκπέμπουν φωτόνια όταν ηλεκτρισμός περάσει ανάμεσα τους.  Ενώ το νιτρικό γάλιο και νιτρικό αργίλιο εκπέμπουν στην UV περιοχή, η ικανότητα αυτών των υλικών βρίσκεται και στην χρησιμοποίηση ελάχιστης ενέργειας.

To VCSEL της Sandia που λειτουργεί με μήκος κύματος λ=380 nanometer, δεν έχει τόσο μικρό λ ώστε να μας προξενήσει προβλήματα πχ εγκαύματα -- που τα προξενούν μήκη περίπου 320 nanometers -- αλλά είναι μικρότερο του ορατού φωτός 400 nanometers, σαφώς στην περιοχή της υπεριώδους ακτινοβολίας.

Επιπροσθέτως για την ικανοποιητική εκπομπή φωτός, κάποια από τα υλικά στρώσης ανακλούν το φως και από τις δύο επιφάνειες την πάνω και την κάτω  στέλνοντας το φως πίσω στη περιοχή που γεννάται το φωτόνιο για να διευκολυνθεί η ελευθέρωση ακόμη περισσότερου φωτός, όπως κάνουν τα παραδοσιακά lasers.

Η επιτυχημένη σύνθεση των ανακλαστικών επιφανειών, καθρεπτών από αργίλιο-γάλιο-νιτρίδιο ήταν ένας άλλος σπουδαίος παράγων.

Συνδυασμοί κόκκινων, μπλε και πράσινων LEDS μπορούν να παράγουν λευκό φως αλλά δεν μπορούν να είναι χαμηλού κόστους. Το VCSELs δημιουργεί μια περισσότερη μονοχρωματική και κατευθυνόμενη δέσμη.

Πλεονεκτήματα

Ενα paper που περιγράφει τα πλεονεκτήματα που εμφανίζει το Laser UV δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Electronics Letters της 12ης Οκτωβρίου. Και αυτά είναι τα παρακάτω:

Τα νέα lasers UV , μπορούν να δημιουργήσουν άσπρο φως περισσότερο ιδανικό για τους εσωτερικούς χώρους -- απ' ό,τι οι παραδοσιακοί λαμπτήρες φθορισμού που χρησιμοποιούνται στα σχολεία, γραφεία, εργοστάσια ή οι κοινές λάμπες στα περισσότερα σπίτια.

Τέτοιοι εκπομποί φωτός στερεάς κατάστασης   θα κρατάνε τουλάχιστον πέντε έως δέκα φορές περισσότερο από τους λαμπτήρες φθορισμού, θα είναι οικονομικώτεροι αφού θα καταναλώνουν πολύ λιγώτερο, θα είναι πιό κομψοί αφού εκατό από αυτούς θα πιάνουν χώρο σαν ένα γραμματόσημο. Επίσης θα μπορούν να πάρουν οποιοδήποτε σχήμα για να κρέμεται ή να μπαίνει στο τοίχο κλπ.

Τα LEDs -- οι δίοδοι εκπομπής φωτός βασίζονται σε όμοιες αρχές με το VCSEL  -- χρησιμοποιούνται ήδη στην αγορά και έχουν αντικαταστήσει τις λάμπες στα φανάρια των δρόμων και των αυτοκινήτων.

Και η παράθεση των πλεονεκτημάτων του laser συνεχίζεται στο άρθρο από τους ερευνητές της Sandia και Hewlett-Packard, γράφοντας πως καμμιά άλλη εφαρμογή (κινητήρες, θερμότητας, ψύξης) δεν παρουσιάζει τέτοια οικονομία ενέργειας.

Οι ειδικοί, πιστεύουν πως η ωφέλεια θα είναι τόσο μεγάλη, που μέχρι το 2025 η εξοικονόμηση ενέργειας θα φτάσει συνολικά τα 100 δισεκατομμύρια $ το χρόνο σε παγκόσμιο επίπεδο. Τούτο μεταφράζεται σε μείωση 120 gigawatts ηλεκτρικής ενέργειας ή 350 εκ.τόνους διοξειδίου του άνθρακα το χρόνο, αν θεωρήσουμε πως γίνεται καύση κάρβουνου.

"Πολλά χρόνια τώρα αρκετές ομάδες προσπαθούσαν να δημιουργήσουν τέτοια laser στην UV περιοχή, και τώρα τα κατάφεραν", λέει ο Jung Han επικεφαλής της ομάδας ερευνών της Sandia.

Εύκολα μεταφερόμενα UV laser φωτός ενδιαφέρουν τους ερευνητές της Sandia επειδή προξενούν όπλα-βαθμιαία σχιστά υλικά because it causes weapons-grade fissionable materials and dangerous E. coli bacteria to fluoresce very efficiently in the visible spectrum, aiding in the detection of attempted thefts and preventing the spread of natural or human-caused epidemics.

Το Sandia είναι ένα εργαστήριο με πολλά προγράμματα, που λειτουργεί κάτω από την Lockheed Martin. Στη Sandia γίνονται πολλές έρευνες μεγίστης σπουδαιότητας για την ενέργεια, περιβαλλοντικές τεχνολογίες κλπ.

To Laser (ενίσχυση φωτός με εξαναγκασμένη εκπομπή ακτινοβολίας) είναι διάταξη παραγωγής ακτινοβολιών στο ορατό μέρος της Η/Μ περιοχής.  Στην πραγματικότητα το Laser είναι ένας ενισχυτής φωτός που μετατρέπεται σε πηγή όταν μέρος της ισχύος εξόδου επαναφλερεται με κατάλληλη φάση στην είσοδο. Ετσι στο Laser συναντώνται και η πηγή και ο ενισχυτής.