Pierwszy biały laser na świecie! Co to odkrycie oznacza dla nas?

Pierwszy biały laser zaprezentowali światu inżynierowie Arizona State University! Od czasu wynalezienia w 1960 roku, lasery znalazły mnóstwo zastosowań – od komputerów, przez drukarki, po optykę i chirurgię. Jednak przez cały ten czas istniała jedna rzecz dla laserów nieosiągalna, a mianowicie – emisja światła białego. Nikt – do tej pory – nie był w stanie stworzyć lasera dającego wiązkę białego światła. Niedawno status quo zmienił zespół badaczy z Arizona State University, oznajmiając, że właśnie stworzył urządzenie, które może emitować światło w dowolnym kolorze z zakresu pełnego spektrum światła widzialnego, co stanowi istotę działania białego lasera.

„Zwykłe” lasery produkują wiązkę światła o wybranej długości fali, co oznacza, że są ograniczone do jednego, konkretnego koloru światła (jego barwa podyktowana jest strukturą zastosowanego półprzewodnika). Naukowcy wykazali już, że łącząc 4 lasery o różnych barwach, potrafią uzyskać światło białe, które ludzki mózg odczytuje jako pojedynczy kolor. Jednak aż do teraz nie można było tego uzyskać przy pomocy pojedynczego lasera. Zespół badaczy z Arizona State University zdołał stworzyć półprzewodnik o trzech sekcjach, które w wyniku stymulacji elektrycznej emitują jednocześnie wiązki światła czerwonego, zielonego i niebieskiego. Urządzenie jest w pełni „przestrajalne” z czerwonego  na zielony i niebieski lub dowolny kolor pomiędzy nimi. Jeśli złożymy wszystkie – formuje się światło białe.

Kolaż prezentuje kolory emisji światła wielosegmentowego nanoarkusza opracowanego przez naukowców ASU. Źródło: ASU/Nature Nanotechnology

“Naszym celem było otrzymanie pojedynczego elementu półprzewodnika umożliwiającego działanie lasera w trzech podstawowych barwach. Element powinien być na tyle mały, by ludzie postrzegali tylko jeden powstały ze złożenia barw kolor, a nie trzy odrębne. A nie było to łatwe” – przyznaje Fan Fan – jeden z współautorów projektu i dokumentu opublikowanego na łamach Nature Nanotechnology.

Stworzenie takiego półprzewodnika, będącego w istocie nanoarkuszem rzędu jednej tysięcznej grubości ludzkiego włosa, wymagało opracowania sposobu na otrzymanie takiej nanostruktury, która emituje wiele długości fal. Wcześniej wykazano, że można tego dokonać ze światłem czerwonym i zielonym, ale najtrudniejsze okazywało się dodanie do tego miksu światła niebieskiego. “Zmagaliśmy się ze stworzeniem nanoarkusza materiału emitującego niebieskie światło przez prawie dwa lata” – przyznaje jeden z naukowców i współtwórców projektu – Sunay Turkdogan. W końcu rzecz udało się osiągnąć dzięki opracowaniu stopu z kombinacji cynku, wapnia, siarki i selenu wytwarzającego w jednym czasie światło o trzech różnych długościach fal – R, G i B (Red, Green & Blue).

Nowatorski nanoarkusz półprzewodników o trzech równolegle działających segmentach, z których każdy umożliwia pracę lasera w jednym z trzech elementarnych kolorów. Źródło: ASU / Nature Nanotechnology

Wi-Fi i LED’y do lamusa?

Osiągnięcie naukowców to krok milowy, który prawdopodobnie doprowadzi do tego, że właśnie lasery staną się głównym źródłem światła. Jaśniejsze i bardziej wydajne, mogłyby stanowić alternatywę lub nawet zastąpić popularne już LED’y. Biały laser może się także przyczynić do uzyskania jeszcze żywszych i precyzyjniejszych kolorów na ekranach telewizorów i komputerów. Choć trudno sobie to wyobrazić, grupa profesora Cun-Zheng Ning’a (profesor w Szkole Elektrotechniki, Informatyki i Inżynierii Energii, pod którego kierunkiem prowadzono prace) już udowodniła, że dzięki ich wynalazkowi można uzyskać aż 70 % więcej kolorów, niż osiąga to aktualny przemysł produkcji wyświetlaczy. Najciekawsze jest jednak to, że badania nad rozwojem nowej technologii prowadzone są w kierunku uzyskania bezprzewodowej komunikacji bazującej na świetle, czyli Li-Fi. Li-Fi może być potencjalnie nawet dziesięciokrotnie szybsza od oswojonej już Wi-Fi bazującej na falach radiowych. Oznaczałoby to także, że w niedalekiej przyszłości w tym samym pomieszczeniu jeden system będzie nam służył zarówno do oświetlenia, jak i do komunikacji! Mało tego, sieć Li-Fi bazująca na białym laserze mogłaby być aż stukrotnie szybsza, niż to sama Li-Fi na bazie światła LED’ów (nad którą trwają właśnie prace testowe).

Ciekawi jesteśmy dalszych rezultatów badań inżynierów ASU’s Ira A. Fulton Schools of Engineering. Wieści już teraz rozchodzą się szybko, a niedługo to pewnie będzie migiem…