Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Аэрогель превратил лазер в светильник

Schütt et al. / Nature Communications, 2020

Ученые создали источник белого света на основе лазера при помощи аэрогеля. Лазерные светильники эффективнее других, но сейчас в них используется люминофор, который недолговечен и снижает КПД. Новая конструкция позволит создавать надежные, экономичные и компактные источники яркого света. Статья опубликована в журнале Nature Communications.

Лазер — очень эффективный источник света, его КПД может достигать 70 процентов, и инженеры еще не подошли к теоретическому пределу. Но в чистом виде лазеры непригодны для освещения по двум причинам: во-первых, они излучают в очень узком диапазоне частот (один цвет), во-вторых, их пучок узконаправлен.

Для того, чтобы обойти эти ограничения, в существующих лазерных светильниках лазер направляют на фосфор (так в обиходе называют любой люминофор), который от этого светится другим цветом. Если, например, лазер синий, а фосфор светится желтым, то в итоге их сумма дает требуемый белый свет.

Проблема в том, что фосфор со временем деградирует, у него есть предел яркости и, кроме того, при люминесценции теряется около двадцати процентов мощности.

Фабиан Шютт (Fabian Schütt) из Кильского университета и его коллеги решили исключить фосфор из конструкции. Для этого они создали аэрогель из нитрида бора, 99,99 процентов объема которого занимает воздух, а оставшийся объем занимают разнонаправленные нанотрубки.

Эти нанотрубки работают как оптоволокно, проводя свет и практически его не поглощая. В результате, из миллиарда таких трубок образуется, по выражению самих изобретателей, «твердый искусственный туман», который эффективно рассеивает освещение. Если на этот «туман» посветить одновременно красным, зеленым и синим лазером, их цвета внутри смешиваются, и в итоге аэрогель светится нейтральным белым светом во все стороны, суммируя яркость трех лучей почти без потерь. Освещение можно сделать цветным, изменяя интенсивность каждого лазера.

Основными преимуществами этой схемы перед распространенными светодиодными лампами являются долговечность и удельная яркость. Одна десятая квадратного миллиметра лазера производит столько же света, сколько квадратный сантиметр светодиодов. Таким образом, вместо крупного прожектора при помощи новой технологии можно будет сделать небольшой фонарик равной яркости.

Несмотря на то, что лазеры известны с середины XX века, их изучение только наращивает темпы. Недавно был создан лазер на органическом диоде с электрической накачкой, а российский ученые сконструировали рекордно яркий излучатель видимого света.

Василий Зайцев

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.