Високоякісне біле світло, вироблене чотириколірним лазерним джерелом

(PhysOrg.com) – Людське око так само комфортно сприймає біле світло, що генерується діодними лазерами, як і світло, що виробляється все більш популярними світлодіодами (LED), згідно з результатами випробувань, проведених в Національній лабораторії Сандія (Sandia National Laboratories).

Обидві технології пропускають електричний струм через матеріал для генерування світла, але простіший світлодіод випромінює світло лише завдяки спонтанному випромінюванню. Діодні лазери відбивають світло туди-сюди всередині себе, перш ніж випустити його.

Це відкриття має важливе значення, оскільки світлодіоди, широко прийняті як більш ефективна і міцна заміна столітньої технології вольфрамових ламп розжарювання, втрачають ефективність при електричному струмі понад 0,5 ампера. Однак ефективність спорідненої технології діодного лазера покращується при більш високих струмах, забезпечуючи навіть більше світла, ніж світлодіоди при більш високих струмах.

Ми показали, що діодні лазери – це гідний шлях для освітлення, – сказав дослідник Sandia Джефф Цао (Jeff Tsao), який запропонував провести порівняльний експеримент. До цих випробувань наші дослідження в цьому напрямку зупинялися, не встигнувши початися. Типовою відповіддю було: “Ви жартуєте? Якість передачі кольору білого світла, виробленого діодними лазерами, буде жахливою. І ось, нарешті, здалося, що для того, щоб рухатися далі, треба спочатку відповісти на це дуже базове питання.

Досліджень діодних лазерів для освітлення було проведено небагато через поширене припущення, що людське око вважатиме біле світло на основі лазера неприємним. Воно складалося б з чотирьох надзвичайно вузькосмугових довжин хвиль – синього, червоного, зеленого і жовтого – і дуже відрізнялося б, наприклад, від сонячного світла, яке поєднує в собі широкий спектр довжин хвиль без проміжків між ними. Світло діодного лазера також в десять разів вужче, ніж світло, що випромінюється світлодіодами.

Випробування, своєрідне високотехнологічне маркетингове дослідження, проходило в Центрі високотехнологічних матеріалів Університету Нью-Мексико. Сорок добровольців були посаджені по черзі перед двома майже ідентичними сценами з фруктами в мисках, розміщених у сусідніх кімнатах. Кожна миска випадковим чином освітлювалася теплими, холодними або нейтральними білими світлодіодами, лампою розжарювання з вольфрамовою ниткою або комбінацією чотирьох лазерів (синій, червоний, зелений, жовтий), налаштованих таким чином, щоб їх поєднання давало біле світло.

Експеримент проходив як іспит у окуліста: піддослідних запитували: Вам більше подобається ліва картинка, чи права? Добре, а зараз?

Глядачам не повідомляли, яке джерело забезпечує освітлення. Їм просто пропонувалося вибрати ту освітлену сцену, з якою вони відчувають себе найбільш комфортно. Пари були представлені у випадковому порядку, щоб гарантувати, що ні послідовність, ні упередження тестувальника не грали ролі у виборі об’єктів, а тільки саме освітлення. Комп’ютерна програма була написана, а декорації створені Олександром Нейманом, докторантом Університету Нью-Мексико, який навчається в докторантурі у директора CHTM Стіва Брюка.

Кожному учаснику, відібраному з різних вікових груп, було запропоновано 80 разів зробити вибір між двома змінними альтернативами, процедура, яка займала від десяти до двадцяти хвилин, сказав вчений з Сандії Джонатан Вірер, який допомагав планувати, калібрувати і проводити експерименти. П’ять результатів були виключені, коли учасники виявилися дальтоніками. За словами Вірера, було виявлено статистично значущу перевагу білого світла на основі діодного лазера над теплим і холодним білим світлом на основі світлодіодів, але не було статистично значущої переваги між білим світлом на основі діодного лазера і нейтральним білим світлом на основі світлодіодів або лампи розжарювання.

Результати, ймовірно, не покладуть початок каліфорнійській золотій лихоманці виробників освітлювальних приладів на діодні лазери, сказав Цао, але вони можуть відкрити раніше ігнорований напрямок досліджень. Діодні лазери трохи дорожчі у виробництві, ніж світлодіоди, тому що їх підкладки повинні мати менше дефектів, ніж ті, що використовуються для світлодіодів. Проте, за його словами, такі підкладки, ймовірно, стануть більш доступними в майбутньому, оскільки вони також покращують продуктивність світлодіодів.

Крім того, в той час як сині діодні лазери мають достатньо хороші характеристики, що автовиробник BMW планує їх використання у своїх автомобілях наступного покоління для білих фар, характеристики червоних діодних лазерів не такі хороші, а жовті та зелені мають пройти ще довгий шлях, перш ніж вони стануть достатньо ефективними для комерційного використання у освітленні.

Проте, за словами Цао, конкуренція не повинна бути “все або нічого”. Замість цього, за його словами, в рамках спільного підходу можна було б використовувати сині і червоні діодні лазери з жовтими і зеленими світлодіодами. Або сині діодні лазери можна було б використовувати для освітлення люмінофорів, як це зараз робиться у флуоресцентних лампах і нинішньому поколінні білого світла на основі світлодіодів для створення бажаних відтінків світла.

Результат робить можливим подальше підвищення ефективності багатомільярдної індустрії освітлення. Так звані “розумні промені” можуть бути відрегульовані на місці для персоналізованої передачі кольору з міркувань охорони здоров’я і, оскільки вони спрямовані, також можуть забезпечити освітлення саме там, де це потрібно.

Колориметричне та експериментальне керівництво здійснював Національний інститут стандартів і технологій.

Результати дослідження були опубліковані в журналі Optics Express від 1 липня.

Цитування: Високоякісне біле світло, вироблене чотириколірним лазерним джерелом (2011, October 26), отримане 12 січня 2023 року з https://phys.org/news/2011-10-high-quality-white-four-color-laser-source.html

Цей документ захищений авторським правом. За винятком добросовісного використання з метою приватного вивчення або дослідження, жодна частина не може бути відтворена без письмового дозволу. Зміст надається виключно в інформаційних цілях.

Source: physorg.com