Eurostudent

Portal dla studentów - kariera, praktyki, staże, praca, studia, rozrywka, konkursy. Magazyn Eurostudent

Trzy kolory: niebieski

Niebieskie diody laserowe są już stosowane w sygnalizacjach świetlnych, telebimach, telefonach komórkowych, zabawkach. Od paru lat można je kupić na świecie, ale chyba mało kto wie, że już lada dzień będą w sprzedaży polskie diody laserowe świecące błękitnym światłem. Pracownicy Centrum Badań Wysokociśnieniowych Polskiej Akademii Nauk w Warszawie opatentowali unikalną technologię!

Do czego to służy?
Obecnie największym rynkiem zbytu dla niebieskich diod jest rynek oświetleniowy. W Azji zastosowano niebieskie diody w sygnalizacji ulicznej. Kolor niebieski zastąpił zielony i teraz on daje znak jedź. Wymiana zwykłych żarówek w sygnalizacji pozwoliła na znaczne oszczędności. Dla porównania żarówka świeci przez ok. 800 godzin, zaś dioda przez ok. 10 tys. godzin.

Niebieski kolor charakteryzuje się krótką falą, a tym samym dużą energią. Użycie takich krótkofalowych laserów pozwala na zmniejszenie rozmiaru zapisu na dysku CD czterokrotnie zwiększając gęstość zapisu. Krótko mówiąc niebieskie lasery to pamięć optyczna o dużej gęstości zapisu. Obecnie dla zwiększenia gęstości zapisu stosuje się technologię DVD. Jednak ta technologia pozwala na trzykrotne zwiększenie pojemności dysku (przy zapisie jednostronnym). Niebieski laser użyty w DVD (obecnie stosuje się czerwone lasery) zwiększy zapis o prawie sześć razy. Przy jednostronnym zapisie pojemność dysku wzrośnie do ok. 27 GB, dla dwustronnego zapisu ta liczba oczywiście ulegnie podwojeniu (do ok. 50 GB). Światowe koncerny produkujące napędy już wprowadzają na rynek tego typu rozwiązania. Niebieski laser jest w zasadzie jedynym kandydatem dla stworzenia wirtualnych baz danych.

Laser stosuje się w diagnostyce (np. wykrywaniu wczesnych stadiów nowotworów) oraz leczeniu chirurgicznym. Jest niezastąpiony w precyzyjnych operacjach oka, mózgu, krtani i innych bardzo wrażliwych narządów. Dzięki zastosowaniu laserów chirurdzy mogą interweniować w przypadkach, które do tej pory były niemożliwe do wyleczenia ze względu na trudności technicznie. Operacje z wykorzystaniem lasera są krótsze, mniej „krwawe”, a rany pooperacyjne goją się znacznie szybciej. Niestety obsługa laserowego skalpela wymaga nie lada precyzji i wyjątkowych środków ostrożności, co powoduje, że takie leczenie nie szybko wejdzie do standardów medycyny. Jedynie niebieski laser pozwala na uzyskanie kolorowych przestrzennych obrazów, co dotychczas było nieosiągalne. Dzięki rozwojowi technologii hologramowej można już oglądać prezentacje budynków, samochodów prototypowych w formie wymagającej jak najmniejszego użycia wyobraźni.

Najdoskonalsze stabilne źródła światła. Tak najkrócej można opisać lasery i diody laserowe. Ich wyjątkowość polega na bardzo długim czasie życia (w porównaniu z konwencjonalną żarówką), błyskawiczną odpowiedzią na bodźce, czyli po prostu krótkim czasem reakcji. Różnica pomiędzy diodą a laserem polega głównie na zastosowaniu. Diody to źródła światła, natomiast laser stosowany jest też jako pamięć optyczna. Zróżnicowanie to wynika z tego, że laser cechuje się monochromatyczną wiązką w przeciwieństwie do diody. Monochromatyczna, czyli spójna – światło nie rozchodzi się na wszystkie strony jak to ma miejsce w zwykłych źródłach światła. Dzięki temu, że światło jest skumulowane i laser może działać jak światłowód.

Obecnie używane diody i lasery są urządzeniami półprzewodnikowymi.

Idea skonstruowania takiego lasera sięga lat 50-tych. Pierwszy zaświecił w 1962 roku. Emitował promieniowanie podczerwone i pracował w temperaturze 77 K (ok. -200oC) i do tego jeszcze impulsowo. Uzyskanie promieniowania podczerwonego nie było szczytem marzeń – nie dość, że niewidzialne, to jeszcze charakteryzujące się małą energią. Zaś temperatura pracy lasera zupełnie go dyskwalifikowała. Z czasem naukowcy udoskonalali laser i w końcu mógł pracować w temperaturze pokojowej i świecić światłem z zakresu widzialnego. Szybko stworzono lasery dające barwę czerwoną i zieloną i do szczęścia pozostało już tylko zdobycie koloru niebieskiego. Połączenie tych trzech kolorów daje możliwość otrzymania dowolnej barwy. To daje możliwości stworzenia telebimów zbudowanych z diod, obraz jest kolorowy a jednocześnie doskonałej jakości i trwałości.

Niebieska Kanapka

Swoją barwę zawdzięcza nie konstrukcji, ale materiałowi z jakiego jest wykonany.

Jest nim azotek galu (GaN). Jak każdy półprzewodnik wymaga on aktywacji aby mógł przewodzić prąd. GaN jest związkiem który potrzebuje jej bardzo dużo w porównaniu z innymi materiałami (np. arsenkiem galu, z którego robi się czerwone lasery). Energia ta dostarczana jest z zewnątrz poprzez źródła prądu, temperaturę albo promieniowanie. Jeśli zapewni się odpowiednią porcję energii, materiał emituje promieniowanie o długości fali odwrotnie proporcjonalnej do dostarczonej wartości energii. Zaś od długości fali zależy kolor, który jest widoczny. Laser czerwony emituje promieniowanie o długości fali ok. 780 nm (zakres, w jakim świecą obecnie produkowane lasery to od 800 do 630 nm), niebieski to ok. 400 nm. Oprócz tego laser zbudowany z azotku galu może pracować w wysokich temperaturach bez szkody dla efektywności.

Laser jest zbudowany jak wielopiętrowa kanapka. Na podłoże, nałożone są kolejne warstwy zbudowane z atomów. Jak w większości konstrukcji najważniejsze jest to co jest na dole, czyli fundament. Jeśli jako podłoże zastosuje się inny materiał niż ten, z którego są wykonane warstwy powstaną naprężenia wynikające z niedopasowania atomów podłoża i warstw. Naprężenia te będą przechodzić do kolejnych poziomów powodując, że dioda (laser) nie będzie działał tak jak by można było oczekiwać. W ten sposób robią swoje lasery Japończycy i Amerykanie. Jako podłoże stosują szafir i nakładają na nim warstwy azotku galu. Taka struktura posiada wiele wad i defektów. Problem rozwiązali naukowcy z CBW PAN. Wytwarzają laser na podłożu takim samym jak warstwy, czyli na krysztale azotku galu. Rozwiązanie wydaje się tak banalne, że dziw bierze czemu Japończycy nie robią w ten sposób swoich laserów. Odpowiedź jest prosta: nie potrafią.

 
 
Cud nad Wisłą

Azotek galu jest na tyle trudnym związkiem, że wykonanie z niego kryształu pozbawionego wad graniczy z cudem. W Warszawie przy użyciu wysokiego ciśnienia i temperatury powstają kryształki azotku galu praktycznie idealne, pozbawione wad. Odkrycie to pozwoliło polskim naukowcom stać się konkurencją dla światowych potentatów w dziedzinie elektroniki. W warszawskim laboratorium zgromadzono urządzenia potrzebne do wytwarzanie diod laserowych i laserów i rozpoczęto produkcję na serio.

Można już kupić polski laser niebieski, regularna sprzedaż rozpoczęła się  w maju tego roku. Sprzedawane są impulsowe diody laserowe o długości fali ok. 400 nm i mocy w impulsie 20-50 mW. – mówi dr. hab. Piotr Perlin z Centrum Badań Wysokociśnieniowych PAN. Otwiera się wielka szansa dla polskiego niebieskiego lasera – trwają rozmowy między koncernem Lockheed Martin, a przedstawicielami Centrum Badań Wysokociśnieniowych PAN i firmy TopGaN (powołanej przez PAN i inwestorów prywatnych do komercjalizacji technologii niebieskich laserów). Rozmowy dotyczą między innymi pomocy w wejściu na rynek amerykański wyrobów produkowanych w Polsce. Kontrakt ten będzie częścią tzw. offsetu związanego z zakupem samolotu F-16. Czyżby okazało się, że da się w Polsce wprowadzić w życie technologie, nad którymi pracują dzień w dzień naukowcy z instytutach i na uczelniach? Wygląda na to, że tak, jeśli tylko w parze z pracą naukową idą starania o zdobycie środków na produkcję i sprzedaż wynalazku.