Высококачественный белый свет, производимый четырехцветным лазерным источником

(PhysOrg.com) — Согласно результатам испытаний, проведенных в Сандийской национальной лаборатории, человеческий глаз воспринимает белый свет, генерируемый диодными лазерами, так же комфортно, как и свет, генерируемый все более популярными светодиодами (LED).

Обе технологии пропускают электрический ток через материал для генерации света, но более простой светодиод излучает свет только за счет спонтанной эмиссии. Диодные лазеры отражают свет внутри себя, прежде чем выпустить его.

Находка важна, поскольку светодиоды, широко признанные в качестве более эффективной и долговечной замены столетней технологии вольфрамовых ламп накаливания, теряют эффективность при токе свыше 0,5 ампера. Однако эффективность родственной технологии диодного лазера повышается при более высоких токах, обеспечивая даже больше света, чем светодиоды при более высоких токах.

Мы показали, что диодные лазеры – достойный путь для освещения, – сказал исследователь Джефф Цао из Sandia, предложивший сравнительный эксперимент. До этих испытаний наши исследования в этом направлении останавливались, не успев начаться. Типичным ответом было: “Вы шутите? Качество цветопередачи белого света, производимого диодными лазерами, будет ужасным”. В конце концов, казалось, что для того, чтобы двигаться дальше, нужно сначала ответить на этот основной вопрос.

Было проведено мало исследований диодных лазеров для освещения из-за широко распространенного предположения, что человеческие глаза сочтут белый свет на основе лазера неприятным. Он будет состоять из четырех чрезвычайно узкополосных длин волн – синей, красной, зеленой и желтой – и будет сильно отличаться от солнечного света, например, который сочетает широкий спектр длин волн без промежутков между ними. Свет диодного лазера также в десять раз более узкий, чем свет, излучаемый светодиодами.

Испытания, представляющие собой своего рода высокотехнологичное маркетинговое исследование, проводились в Центре высокотехнологичных материалов Университета Нью-Мексико. Сорок добровольцев сидели по очереди перед двумя почти идентичными сценами с фруктами в мисках, расположенных в соседних камерах. Каждая чаша в случайном порядке освещалась теплым, холодным или нейтральным белым светодиодом, лампой накаливания с вольфрамовой нитью или комбинацией четырех лазеров (синий, красный, зеленый, желтый), настроенных так, чтобы их сочетание давало белый свет.

Эксперимент проходил как экзамен оптометристов: испытуемых спрашивали: Вам больше нравится левая картинка или правая? Хорошо, как насчет этого?

Испытуемым не говорили, какой источник обеспечивает освещение. Их просто инструктировали выбрать ту освещенную сцену, с которой они чувствуют себя наиболее комфортно. Пары предъявлялись в случайном порядке, чтобы ни последовательность, ни предубеждения испытуемых не играли роли в выборе объекта, а только само освещение. Компьютерная программа была написана, а декорации созданы Александром Нейманом, докторантом UNM, доктором наук директора CHTM Стива Брука.

Каждого участника, отобранного из разных возрастных групп, просили 80 раз выбрать между двумя меняющимися альтернативами, что заняло от десяти до двадцати минут, сказал ученый из Сандии Джонатан Вирер, который помогал планировать, калибровать и проводить эксперименты. Пять результатов были исключены, когда участники оказались дальтониками. В результате было выявлено статистически значимое предпочтение белого света на основе диодного лазера перед теплым и холодным светодиодным светом, сказал Вирер, но не было статистически значимого предпочтения между диодно-лазерным светом и нейтральным светодиодным светом или светом накаливания.

Результаты, вероятно, не начнут калифорнийскую “золотую лихорадку” среди производителей осветительных приборов на диодных лазерах, сказал Цао, но они могут открыть ранее игнорируемую линию исследований. Диодные лазеры немного дороже в изготовлении, чем светодиоды, потому что их подложки должны иметь меньше дефектов, чем те, которые используются для светодиодов. Тем не менее, по его словам, такие подложки, вероятно, станут более доступными в будущем, потому что они также улучшают производительность светодиодов.

Кроме того, хотя синие диодные лазеры имеют достаточно хорошие характеристики, чтобы автопроизводитель BMW планировал использовать их в белых фарах нового поколения своих автомобилей, характеристики красных диодных лазеров не так хороши, а желтым и зеленым еще предстоит пройти путь, прежде чем они станут достаточно эффективными для коммерческого освещения.

Тем не менее, говорит Цао, соревнование не должно быть “все или ничего”. Вместо этого, говорит он, в совместном подходе можно использовать синие и красные диодные лазеры с желтыми и зелеными светодиодами. Или синие диодные лазеры могут быть использованы для освещения люминофоров, что в настоящее время используется в флуоресцентных лампах и нынешнем поколении светодиодов белого света для создания желаемых оттенков света.

Результат делает возможным дальнейшее повышение эффективности многомиллиардной индустрии освещения. Так называемые “умные лучи” могут быть отрегулированы на месте для персонализированной цветопередачи по медицинским показаниям и, поскольку они являются направленными, также могут обеспечить освещение именно там, где оно необходимо.

Колориметрическое и экспериментальное руководство было предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий.

Исследование было опубликовано в журнале Optics Express от 1 июля.

Цитирование : Высококачественный белый свет, производимый четырехцветным лазерным источником (2011, 26 октября) получено 12 января 2023 года с https://phys.org/news/2011-10-high-quality-white-four-color-laser-source.html.

Данный документ является объектом авторского права. Кроме случаев добросовестного использования в целях частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Содержание предоставляется исключительно в информационных целях.

Source: physorg.com