Вход / Регистрация
23.12.2024, 02:34
Выбор фона:
/ Новости сайта / Наука и Технологии / Ученые нашли способ, как снизить энергопотребление лазера в 250 раз
09.06.2014
Ученые нашли способ, как снизить энергопотребление лазера в 250 раз
Научные сотрудники Мичиганского университета, возможно, совершили самое
важное продвижение в разработке лазерных исследований с момента
изобретения полупроводниковых диодов в 1950-х годах прошлого века.
Ученые обещают создать новый тип лазеров, которые потребляют в 250 раз
меньше энергии, чем те лазеры, которые наука и техника используют
сегодня.
В обычных лазерах свет, или чаще электрический ток, накапливается в так называемой усиливающей среде, для того чтобы увеличить мощность сигнала. Перед этим заполнением большинство электронов в усиливающей среде пребывают в своем обычном энергетическом состоянии, или состоянии покоя. Однако когда свет или ток в них ударяет, электроны впитывают в себя энергию и становятся более активными. В какой-то момент высокозаряженных электронов в усиливающей среде становится больше, чем низкозаряженных, и происходит инверсия заселенности. Теперь любой свет или ток, проходящий через эту среду, вызывает у электронов обратный эффект. Появляется больше электронов в спокойном состоянии, а излишняя энергия высвобождается в виде лазерного света.
Однако лазер, разработанный в Мичиганском университете, не использует традиционную усиливающую среду для работы. Вместо нее здесь задействуется уникальная частица поляритрон, одновременно обладающая свойствами света и материи.
«Поляритрон является комбинацией фотона, или частицы света, а также экситона, образующих электронно-дырочную пару. И хотя электрон является отрицательно заряженной частицей, наличие дырок (квазичастиц, носителей положительного заряда) заставляет его вести себя как положительно заряженную частицу. Экситоны здесь смешиваются с легкими частицами только при определенных условиях. Если подать слишком много света или электрического заряда, экситоны распадутся раньше времени. Однако при правильном заряде образуются поляритроны, которые заполняют всю систему до тех пор, пока не достигнут единого со средой состояния низкого энергетического уровня. После чего поляритроны распадаются и в результате этого процесса выбрасывают одноцветный луч света», — объясняют Паллаб Бхаттачария, создатель изобретения и заслуженный профессор электромеханики и компьютерных наук, а также Джеймс Р. Меллор, профессор прикладной инженерии в Мичиганском университете.
laser
Ученые Мичиганского университета продемонстрировали первый в мире поляритронный лазер, создающий световые лучи энергоэффективнее, чем обычные лазеры. Для создания подобного, ученые предлагают использовать инновационную структуру лезерной установки, которая подразумевает изменение положения зеркал сверху и снизу устройства и установки их по бокам. Зеркала на картинке выше показаны серым цветом. Желтым цветом показан электрод, через который исследователи выводят лазер. Фиолетовым цветом отмечен полупроводник из нитрида галлия, который создает идеальные условия для формирования поляритронов, излучающих свет.
Систему Бхаттачарии технически нельзя назвать лазером, то есть термином, который первоначально являлся аббревиатурой понятия «усиление света посредством вынужденного излучения». Поляритронные лазеры не создают излучение, они рассеивают поляритроны. И для этой задачи профессор и его коллеги подобрали нужный материал — прозрачный полупроводник из нитрида галлия, обладающий уникальной структурой, позволяющей манипулировать ее состоянием, для того чтобы поляритроны сначала сами формировались, а затем и создавали свет.
Для проверки системы ученые создали ультрафиолетовый луч, потребляющий менее одной миллионной доли ватт. Для сравнения лазер, который используется в CD-проигрывателях, требует одну тысячную долю ватт энергии. Разница колоссальная.
Команде ученых предстоит еще немало работы для вывода этой технологии за пределы лаборатории, однако специалисты надеются, что однажды такие лазеры смогут заменить провода и помогут в создании еще более компактных, легких и более долговечных потребительских продуктов и медицинских устройств.
В обычных лазерах свет, или чаще электрический ток, накапливается в так называемой усиливающей среде, для того чтобы увеличить мощность сигнала. Перед этим заполнением большинство электронов в усиливающей среде пребывают в своем обычном энергетическом состоянии, или состоянии покоя. Однако когда свет или ток в них ударяет, электроны впитывают в себя энергию и становятся более активными. В какой-то момент высокозаряженных электронов в усиливающей среде становится больше, чем низкозаряженных, и происходит инверсия заселенности. Теперь любой свет или ток, проходящий через эту среду, вызывает у электронов обратный эффект. Появляется больше электронов в спокойном состоянии, а излишняя энергия высвобождается в виде лазерного света.
Однако лазер, разработанный в Мичиганском университете, не использует традиционную усиливающую среду для работы. Вместо нее здесь задействуется уникальная частица поляритрон, одновременно обладающая свойствами света и материи.
«Поляритрон является комбинацией фотона, или частицы света, а также экситона, образующих электронно-дырочную пару. И хотя электрон является отрицательно заряженной частицей, наличие дырок (квазичастиц, носителей положительного заряда) заставляет его вести себя как положительно заряженную частицу. Экситоны здесь смешиваются с легкими частицами только при определенных условиях. Если подать слишком много света или электрического заряда, экситоны распадутся раньше времени. Однако при правильном заряде образуются поляритроны, которые заполняют всю систему до тех пор, пока не достигнут единого со средой состояния низкого энергетического уровня. После чего поляритроны распадаются и в результате этого процесса выбрасывают одноцветный луч света», — объясняют Паллаб Бхаттачария, создатель изобретения и заслуженный профессор электромеханики и компьютерных наук, а также Джеймс Р. Меллор, профессор прикладной инженерии в Мичиганском университете.
laser
Ученые Мичиганского университета продемонстрировали первый в мире поляритронный лазер, создающий световые лучи энергоэффективнее, чем обычные лазеры. Для создания подобного, ученые предлагают использовать инновационную структуру лезерной установки, которая подразумевает изменение положения зеркал сверху и снизу устройства и установки их по бокам. Зеркала на картинке выше показаны серым цветом. Желтым цветом показан электрод, через который исследователи выводят лазер. Фиолетовым цветом отмечен полупроводник из нитрида галлия, который создает идеальные условия для формирования поляритронов, излучающих свет.
Систему Бхаттачарии технически нельзя назвать лазером, то есть термином, который первоначально являлся аббревиатурой понятия «усиление света посредством вынужденного излучения». Поляритронные лазеры не создают излучение, они рассеивают поляритроны. И для этой задачи профессор и его коллеги подобрали нужный материал — прозрачный полупроводник из нитрида галлия, обладающий уникальной структурой, позволяющей манипулировать ее состоянием, для того чтобы поляритроны сначала сами формировались, а затем и создавали свет.
Для проверки системы ученые создали ультрафиолетовый луч, потребляющий менее одной миллионной доли ватт. Для сравнения лазер, который используется в CD-проигрывателях, требует одну тысячную долю ватт энергии. Разница колоссальная.
Команде ученых предстоит еще немало работы для вывода этой технологии за пределы лаборатории, однако специалисты надеются, что однажды такие лазеры смогут заменить провода и помогут в создании еще более компактных, легких и более долговечных потребительских продуктов и медицинских устройств.
Комментарии 4
|
0  
Мамонт
10.06.2014 02:24
[Материал]
Тут совсем о другом говорится
 О КПД создания лазерного луча. Обычно больше всего энергии берёт накачка. НО....чем выше мощность установки, тем выше её КПД. И при мощности достаточной для создания оружия, разницы в энергопотреблении никакой не будет. Чудес не бывает, закон сохранения энергии работает ! Речь же в статье, о сверх малых лазерх, используемых для передачи информации в оптоволоконных сетях, например. Создание очень мало потребляющих лазеров сделает возможным сверхвысокоскоростной обмен информации между устройствами, квантовые компьютеры и прочую революцию смарт устройств. Например недавно изобретённый голографический проектор для смартфона, сможет работать неизмеримо дольше в режиме видеосвязи, чем нынешние лазерные диоды. Также лазерные проекторы скоро могут заменить жидкокристаллические телевизоры. И тогда размер экрана вашего телевизора будет ограничен только размером стены  А сейчас такие проекторы достаточно дороги, сильно греются и потребляют много электроэнергии. Вот собственно, о чём статья.  |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
Архив записей
Статистика
Онлайн всего: 13
Пользователей: 13
Новых: 0
Мы в соцсетях
