Dall'Arizona State University un laser a luce bianca

Dall'Arizona State University un laser a luce bianca

Un foglio composto da selenio, zolfo, cadmio e zinco permette di ottenere un'emissione coerente di luce bianca, grazie alla composizione dei tre colori rosso verde e blu

di Andrea Bai pubblicata il , alle 16:01 nel canale Scienza e tecnologia
 

All'Arizona State University è stato creato il primo laser capace di emettere luce su tutto lo spettro del visibile, in altri termini un laser di luce bianca. Gli ingegneri che hanno lavorato al progetto osservano come il nuovo laser possa trovare impiego all'interno di display, sistemi e soluzioni di illuminazione a stato solido e come possa rappresentare una nuova strada di sviluppo delle tecnologie tipo Li-Fi, ovvero la comunicazione senza cavi basata sulla radiazione luminosa.

Sebbene in precedenza sia stato possibile realizzare laser con radiazione luminosa di vari colori, ciascuno di essi emette di norma luce di un solo colore. Creare una struttura monolitica capace di emettere contemporaneamente le radiazioni del rosso, verde e blu si è rivelato essere un'impresa particolarmente ardua dal momento che implica la combinazione di semiconduttori con caratteristiche molto differenti. Far crescere questi cristalli uno accanto all'altro porta spesso a gravi difetti in ciascuno di questi materiali.

I ricercatori dell'Arizona State University hanno brillantemente - è il caso di dirlo! - risolto il problema ideando un foglio di pochi nanometri di spessore costituito da una lega di zinco, cadmio, zolfo e selenio. Il foglio è diviso in segmenti differenti: quando viene colpito da una pulsazione luminosa, la porzione ricca in cadmio e selenio emette luce rossa, quella in cadmio e zolfo emette luce verde e quella in zinco e zolfo emette luce blu.

La lega viene fatta crescere in vari stadi, variando con attenzione temperatura ed altre condizioni nel corso del tempo. Il controllo delle interazioni tra le fasi gassose, liquide e solide dei differenti materiali hanno permesso la coesistenza dei differenti cristalli. Ciascuna porzione del foglio può inoltre essere inondata con una pulsazione luminosa di differente intensità per consentire al laser di emettere il 70% di colori in più rispetto alle fonti luminose più comunemente impiegate.

I laser a luce bianca possono essere caratterizzati da un'efficienza energetica migliore rispetto a quella dei LED. Laddove questi ultimi sono capaci di arrivare a produrre fino a 150 lumen per watt, i laser sono capaci di spingersi fino a 400 lumen per watt. Il prossimo passo per i ricercatori sarà quello di valutare la possibilità di eccitare il particolare nano-foglio tramite una corrente elettrica invece che mediante pulsazioni luminose.

7 Commenti
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Notturnia28 Luglio 2015, 21:24 #1
Mi permetto solo di fare un appunto specificando che i led non sono limitati a miseri 150 lumen/watt come citato nell'articolo ma superano i 300 quelli in test da CREE e superano i 220 quelli commercializzati da vari fornitori per cui, nonostante il laser possa fare 400 lumen/watt i led non sono molto distanti e sono già in produzione mentre i laser led sono ancora da divenire.
Tutto qua
marchigiano28 Luglio 2015, 21:43 #2
si ma gli attuali led bianchi non sono altro che led blu con sopra uno strato di fosforo che trasforma la luce in bianca... peccato che questa trasformazione fa un casino infatti i led ad alta efficienza sono cold white, i warm white sono meno efficienti, in tutti i casi comunque lo spettro ha dei tagli paurosi tanto che il cri è sempre molto basso...

se ho ben capito invece questa nuova tecnologia permette di fare dei led bianchi veri, senza fosforo, se è così spero venga adottata velocemente nell'illuminazione consumer così riusciremo a toglierci definitivamente dalle balle tutte le attuali tecnologie
andrineri28 Luglio 2015, 22:52 #3
Bella l'idea di un laser RGB per produrre luce bianca, ma resta il fatto che, in quanto laser, la luce prodotta sarà composta da tre picchi di emissione nelle tre bande strette dei materiali. I led oggi stanno migliorando, non sono vicinissimi ad altre fonti luminose come resa colorimetrica (ma quasi), ma per efficienza energetica e longevità ci siamo.

La luce emessa da questo tipo di laser, in altri articoli (anche con sistemi RGB collimati e non ancora monolitici) viene paragonata a quella dei led come comfort visivo:
"The researchers showed that the human eye is as comfortable with white light generated by diode lasers as with that produced by LEDs"

[SIZE="1"](fonte: http://fullcircle.asu.edu/research/...-white-lasers/)[/SIZE]

Potenziale efficienza futura, si ci può essere. Ma definirli un breakthrough in grado di eclissare le attuali fonti luminose, siamo parecchio lontani.

Il problema dell'efficienza, rimane grande. Si parla si di 400Lm/W, il doppio dei sistemi led attuali, ma dimenticandosi che il prototipo attuale deve essere eccitato da radiazioni luminose esistenti. Quindi, anche con una fonte di pompaggio molto efficiente, diciamo con valori sul 50-55%, non supereremmo i 200-220Lm/W. E, con i LED, più o meno ci siamo già.

Questa è proprio la barriera che viene descritta nell'articolo che ho linkato qui sopra, dovuta alla difficoltà di realizzare un emitter a semiconduttore con almeno le tre lunghezze d'onda fondamentali presenti.

Se riusciranno a realizzare questo tipo di laser, a semiconduttore, con linee di emissione multiple, per cercare di coprire un po' lo spettro del visibile, potrebbe essere interessante. Ma, ad ora, da quanto letto in svariati articoli, la via è ancora un po' in salita. Sarà da vedere se la tecnologia laser riuscirà a prendersi almeno una fetta di mercato dal mondo LED.
emanuele8329 Luglio 2015, 08:34 #4
Occorrerebbe informarsi, piuttosto che copiare 1:1 l'articolo su IEEE Spectrum.
questo è il primo laser monolitico bianco, ma di laserbianchi ne esistono per appicazioni di microscopia confocale almeno da qualche anno
http://www.leica-microsystems.com/s...te-light-laser/

la cosa buffa, per chi non sa nulla di fisica e di percezione del colore, è che un laser del genere non fa luce "bianca".
uno spettro bianco nel visibile è uno spettro con stessa potenza ad ogni lunghezza d'onda, che il nostro occhio non percepisce affatto come bianca a causa della sua curva di percezione centrata attorno ai 550 nm.

Questo laser non è affatto bianco, ahnno solo trovato un modo di integrare in una sola struttura monolitica 3 laser a luce blu rossa e verde che danno l'illusione del bianco percepibile all'occhio umano.
lo si vede già dalla priam immagine dell'articolo sullo Spectrum.
http://spectrum.ieee.org/tech-talk/...rst-white-laser
Jack.Mauro29 Luglio 2015, 09:13 #5
Non mi è chiara una cosa: la radiazione laser in senso stretto prevede che i fotoni siano coerenti tra loro, tutti in fase.
Questo come può avvenire se il laser emette più di una lunghezza d'onda?

Per carità, per la maggior parte delle applicazioni (ovvero quelle che sfruttano il laser come sorgente di luce) non farà differenza, ma per quelle che richiedono luce coerente (in fase), non capisco come questo raggio bianco possa andare bene....
emanuele8329 Luglio 2015, 09:36 #6
Originariamente inviato da: Jack.Mauro
Non mi è chiara una cosa: la radiazione laser in senso stretto prevede che i fotoni siano coerenti tra loro, tutti in fase.
Questo come può avvenire se il laser emette più di una lunghezza d'onda?

Per carità, per la maggior parte delle applicazioni (ovvero quelle che sfruttano il laser come sorgente di luce) non farà differenza, ma per quelle che richiedono luce coerente (in fase), non capisco come questo raggio bianco possa andare bene....


credo che sia fatto come nei classici laser a gas ovvero c'è una cavità risonante nella quale il pompaggio è fatto da luce esterna, gli elettroni salgono su di un livello atomico superiore e quando l'emissione spontanea avviene parte la valanga di emissione stimolata che da il rapporto di fase.
mmm... In effetti non capisco come possa un fotone rosso emettere stimolatamente un fotone blu, per cui addio fissata relazione di fase sui diversi colori.
Però pensandoci bene in un laser a "singola" lunghezza d'onda lo spettro non è una linea monodimensionale ma ha comunque una certa larghezza. diciamo che se la linea centrale sta a 500 nm +-5nm non è che i fotoni emessi a 505nm non siano in relazione di fase con gli altri, ma non è la stessa cosa di avere una emissione spntanea a 500nm che ne stimola una a 400 o 600. Altrimenti anche la luce di pompaggio che di solito è UV potrebbe creare una emissione stimolata quando gli elettroni sono pompati ad esempio con un deltaE sul rosso.
Secondo me questo non è affatto un laser bianco.. Ma aspettiamo arrivino i fisici del forum a fare luce sui nostri dubbi.
xenom29 Luglio 2015, 12:28 #7
Originariamente inviato da: Jack.Mauro
Non mi è chiara una cosa: la radiazione laser in senso stretto prevede che i fotoni siano coerenti tra loro, tutti in fase.
Questo come può avvenire se il laser emette più di una lunghezza d'onda?

Per carità, per la maggior parte delle applicazioni (ovvero quelle che sfruttano il laser come sorgente di luce) non farà differenza, ma per quelle che richiedono luce coerente (in fase), non capisco come questo raggio bianco possa andare bene....


giustissimo, infatti non può esistere per definizione il laser bianco, poiché il laser E' monocromatico. quello che probabilmente si intende con laser bianco è semplicemente tre fasci laser RGB sovrapposti. in pratica convogli otticamente i 3 fasci in un unico fascio.

l'articolo non scende nel dettaglio tecnico; immagino che si tratti di un laser ultravioletto che eccita il suddetto "foglio" ad emettere fotoni di lunghezza d'onda nel picco R, G o B a seconda della zona colpita, e poi convogli i fasci risultanti in un unico fascio.

ad ogni modo l'efficienza di 400 lumen/watt mi sembra esagerata... mi piacerebbe avere più dettagli tecnici

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