新一代主流光源有譜,美研究員成功研發白光雷射技術

作者 | 發布日期 2015 年 08 月 04 日 17:16 | 分類 光電科技 follow us in feedly
white laser beam

雷射發明至今超過半世紀,然而礙於技術問題,始終難以製造出白色雷射光束,如今終於有了新突破!據國際期刊《Nature Nanotechnology》最新刊載內容,美國研究員成功發明了白光雷射裝置,涵蓋可見光波長範圍的所有光。白光雷射未來可用於顯示器、固態照明、可見光通訊等重要領域。




雷射在過去 50 多年來已發展出各種顏色,唯獨白色例外。這類雷射只能放射特定波長的光並呈現單一色彩,無法合成白光雷射。要達成這個目標,必須製造出能同時放射紅、綠、藍三原色光的單一結構,但要成功生長異質結構、互相不匹配又緊鄰彼此的晶體相當困難,很容易導致所有材料產生嚴重缺陷。

奈米薄片半導體合金奏效,同時激發三原色組成白光

現在這個關鍵問題總算出現解方。美國亞利桑那州立大學(Arizona State University)研究員發明奈米厚度的半導體合金「ZnCdSSe」,由鋅(Zinc)、鎘(Cadmium)、硫(Sulfur)和硒(Selenium)所構成。研究員在其生長階段會隨時調整溫度和相關條件,並掌控所有材料在各個階段中的相互作用,以確保晶體能夠並存。

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▲ 異質結構奈米薄片之生長過程示意圖
(圖片來源:《Nature Nanotechnology》

該奈米薄片分成三部分,經光脈衝激發時會分別產生紅、綠、藍等色,繼而組成白色。研究員能針對個別分部使用與調整光脈衝,控制各分部的發光強度。白光雷射技術所涵蓋的色彩,比起一般光源多了七成。

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▲ 奈米薄片各分部所放射出的色彩合成效果
(圖片來源:《Nature Nanotechnology》

白光雷射將成替代性光源,效能優於 LED

雷射技術可望取代發光二極體(LED)成為主流光源,相較於 LED 照明每瓦 150 流明的發光效率來說,雷射可達每瓦 400 流明,比 LED 更光亮也更節能。而白光雷射技術也可用於顯示器,呈現更精確鮮明的色彩。

此外,可見光通訊也是另一項重要應用。當前主要以 LED 發展 Li-Fi 技術,其數據傳輸速度比 Wi-Fi 快十倍。隨著白光雷射出現,也有望進一步發展 Li-Fi 技術,估計其傳輸速度甚至還要比 LED 快上十倍到一百倍。

目前科學家尚在研究激發雷射光的方法,希望未來能以電力取代光脈衝。儘管白光雷射技術還沒辦法在短期內實現商業化應用,總是為相關技術發展跨越了一大步,相信在不久的將來能逐一落實應用。

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