Mavi lazer - Blue laser
Bir mavi lazer a, lazer yayar elektromanyetik radyasyonun bir ile dalga boyu 360 ve 480 arasında nanometre , insan gözü olarak gördüğü mavi veya mor .
Mavi ışınlar , 441.6 nm'de helyum-kadmiyum gaz lazerleri ve 458 ve 488 nm'de argon-iyon lazerleri tarafından üretilir . Mavi ışınlara sahip yarı iletken lazerler tipik olarak galyum(III) nitrür (GaN; menekşe rengi) veya indiyum galyum nitrür (genellikle gerçek mavi renktedir, ancak diğer renkleri de üretebilir) temel alır. Hem mavi hem de mor lazerler, diyot lazerlerden veya diyot pompalı katı hal lazerlerinden kızılötesi lazer dalga boylarının frekans iki katına çıkarılması kullanılarak da oluşturulabilir .
445 nm'de ışık yayan diyot lazerler, el tipi lazerler olarak popüler hale geliyor. 445 nm'nin altında dalga boyları yayan lazerler mor görünür (ancak bazen mavi lazerler olarak adlandırılır). Ticari olarak en yaygın mavi lazer Bazı kullanılan diyod lazerleri bulunmaktadır Blu-ray 405 nm neden için yeterince kısa bir dalga boyu "mor" ışık yayan uygulamalar floresan içine daha fazla radyasyon ile aynı şekilde, bazı kimyasal maddeler, ultraviyole (" siyah ışık ") yapar. 400 nm'den daha kısa dalga boyuna sahip ışık, ultraviyole olarak sınıflandırılır.
Mavi lazer ışığı kullanan cihazlar , yüksek yoğunlukta optoelektronik veri depolamadan tıbbi uygulamalara kadar birçok alanda uygulamalara sahiptir.
Tarih
Yarı iletken lazerler
Kırmızı lazerler , lazerin kuantum kuyularından ışık üreten kısmını oluşturmak için üzerine bir düzine atom katmanının yerleştirildiği galyum arsenit ( Ga As ) yarı iletkenleri üzerine inşa edilebilir . Silikon için geliştirilenlere benzer yöntemler kullanılarak , substrat dislokasyon denilen kusurlardan arınmış olarak inşa edilebilir ve atomlar, zemini oluşturanlar ile kuantum kuyularınınkiler arasındaki mesafe aynı olacak şekilde yerleştirilebilir.
Bununla birlikte, mavi lazerler için en iyi yarı iletken, üretimi çok daha zor olan, sentetik elmas üretenlere benzer daha yüksek basınçlar ve sıcaklıklar gerektiren ve yüksek basınçlı nitrojen gazı kullanan galyum nitrür (GaN) kristalleridir. Teknik problemler aşılmaz görünüyordu, bu yüzden 1960'lardan beri araştırmacılar GaN'ı hazır safir bazında biriktirmeye çalıştılar . Ancak safir ve galyum nitrürün yapıları arasındaki uyumsuzluk çok fazla kusur yarattı.
1992'de Japon mucit Shuji Nakamura ilk verimli mavi LED'i ve dört yıl sonra ilk mavi lazeri icat etti. Hatalarının sayısı (10 çok yüksek kalmıştır Nakamura, safir alt-tabaka üzerinde biriken malzeme kullanılan 6 -10 10 / cm 2 , yüksek bir güç lazeri oluşturmak için).
1990'ların başında Yüksek Basınçlı Institute of Physics de Polonya Bilim Akademisi içinde Varşova ( Polonya ), Dr. öncülüğünde Sylwester Porowski yüksek yapısal kalite ve santimetrekare başına 100'den az kusurları olan galyum nitrür kristalleri oluşturmak için teknoloji geliştirdi - en iyi safir destekli kristalden en az 10.000 kat daha iyi.
1999'da Nakamura, Polonya kristallerini denedi ve iki kat verim ve on kat kullanım ömrüne sahip lazerler üretti - 30 mW'de 3.000 saat.
Teknolojinin daha da gelişmesi, cihazın seri üretimine yol açmıştır. Günümüzde mavi lazerler, bir galyum nitrür tabakasıyla kaplı safir bir yüzey kullanır (bu teknoloji, Sony ile anlaşması olan Japon şirketi Nichia tarafından kullanılır ) ve mavi yarı iletken lazerler, bir galyum nitrür mono-kristal yüzey kullanır (Polonyalı şirket TopGaN ) .
10 yıl sonra, Japon üreticiler 60 mW gücünde mavi bir lazerin üretiminde ustalaşarak onları Blu-ray, BD-R ve BD-RE'den yoğun yüksek hızlı veri akışını okuyan cihazlar için uygun hale getirdi. Polonya teknolojisi Japonlardan daha ucuzdur ancak pazarda daha küçük bir paya sahiptir. Galyum nitrür kristali üreten Polonyalı bir yüksek teknoloji şirketi daha var – Ammono , ancak bu şirket mavi lazer üretmiyor.
Nakamura, çalışmaları için 2006'da Milenyum Teknoloji Ödülü'nü ve 2014'te Nobel Fizik Ödülü'nü aldı.
1990'ların sonlarına kadar, mavi yarı iletken lazerlerin geliştirildiği zamana kadar, mavi lazerler, nadir gaz karışımlarında popülasyonun tersine çevrilmesine dayanan ve yüksek akımlara ve güçlü soğutmaya ihtiyaç duyan büyük ve pahalı gaz lazer cihazlarıydı .
En önemlisi, Profesör, dahil olmak üzere birçok gruplar önceden gelişme sayesinde Isamu Akasaki 'ın gruba, Shuji Nakamura de Nichia Corporation'ın ve Sony Corporation'ın Anan (Tokushima-ken, Japonya) içinde buluşlar bir dizi yapılmış ve ticari açıdan mavi ve mor geliştirilen yarı iletken lazerler . Nichia cihazlarının aktif katmanı, InGaN kuantum kuyularından veya kendiliğinden montaj yoluyla kendiliğinden oluşan kuantum noktalarından oluşturuldu . Yeni buluş , daha önce mevcut olmayan küçük, kullanışlı ve düşük fiyatlı mavi, mor ve ultraviyole ( UV ) lazerlerin geliştirilmesine olanak sağlamış ve yüksek yoğunluklu HD DVD veri depolama ve Blu-ray gibi uygulamaların önünü açmıştır. ışın diskleri. Daha kısa dalga boyu, çok daha fazla bilgi içeren diskleri okumasını sağlar.
Isamu Akasaki, Hiroshi Amano ve Shuji Nakamura, "parlak ve enerji tasarrufu sağlayan beyaz ışık kaynaklarını mümkün kılan verimli mavi ışık yayan diyotların icadı için" 2014 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı .
Frekansı ikiye katlanmış yarı iletken lazerler
Yarı iletkenlere dayalı kızılötesi lazerler, örneğin telekom veya katı hal lazerleri için pompa kaynağı olarak on yıllardır kolayca mevcuttur. Bunlar, standart doğrusal olmayan kristaller kullanılarak mavi aralığa frekans iki katına çıkarılabilir .
Mor lazerler, belirtildiği gibi doğrudan GaN (galyum nitrür) yarı iletkenleri ile oluşturulabilir. Bununla birlikte, birkaç yüksek güçlü (120 mW) 404–405 nm "mor" lazer işaretçi, GaN'ye dayanmayan, ancak doğrudan 1 watt'lık 808 nm galyum arsenit kızılötesi diyot lazerlerinden başlayarak frekans katlayıcı teknolojisini kullanan mevcut hale geldi. diyot lazer ve çift kristal arasına yerleştirilmiş daha uzun dalgalı diyot pompalı katı hal lazeri olmadan ikiye katlandı.
Frekans ikiye katlama işlemi rezonatör geliştirildiğinde en yüksek güçlere ve dalga boyu ayarlanabilirliğine ulaşılabilir, bu da görünür dalga boyu aralığına yayılan Watt sınıfı kaynaklarla sonuçlanır. Örneğin, 2,6 W çıkış gücünde yaklaşık 400 nm gösterildi.
Diyot pompalı katı hal lazerleri
2006 civarında kullanıma sunulan mavi lazer işaretçiler, DPSS yeşil lazerlerle aynı temel yapıya sahiptir . En yaygın olarak, diyot pompalı bir Nd:YAG veya Nd:YVO4 kristalinden 946 nm lazer radyasyonunun frekansının iki katına çıkarılmasıyla üretilen 473 nm'de ışık yayarlar . Neodimiyum katkılı kristaller genellikle 1064 nm'lik bir ana dalga boyu üretir, ancak uygun yansıtıcı kaplama ile, mavi lazer uygulamalarında kullanılan 946 nm geçişi gibi diğer ana olmayan neodimiyum dalga boylarında lase yapmak için aynalar da yapılabilir. Yüksek çıkış gücü için BBO kristalleri frekans katlayıcı olarak kullanılır; daha düşük güçler için KTP kullanılır. Mevcut çıkış güçleri 5000 mW'a kadardır. 473 nm lazer radyasyonu üretmek için dönüştürme verimliliği, laboratuarda üretilen en iyi sonuçlardan bazılarının 946 nm lazer radyasyonunu 473 nm lazer radyasyonuna dönüştürmede %10-15 oranında verimli olması nedeniyle verimsizdir. Pratik uygulamalarda, bunun daha da düşük olması beklenebilir. Bu düşük dönüştürme verimliliği nedeniyle, 1000 mW'lık bir IR diyotun kullanımı, en fazla 150 mW'lık görünür mavi ışık sağlar.
Mavi lazerler, frekansı ikiye katlamadan mavi ışık üreten InGaN yarı iletkenleri ile de doğrudan üretilebilir. 445 nm ila 465 nm arası mavi lazer diyotları şu anda açık piyasada mevcuttur. Cihazlar, 405 nm lazer diyotlardan önemli ölçüde daha parlaktır, çünkü daha uzun dalga boyu insan gözünün en yüksek hassasiyetine daha yakındır. Lazer projektörler gibi ticari cihazlar bu diyotların fiyatlarını düşürdü.
Dış görünüş
Mor 405 nm lazer (ister GaN'den ister frekansı iki katına çıkarılmış GaAs lazer diyotlarından yapılmış olsun) aslında mavi değildir, ancak göze, insan gözünün çok sınırlı bir duyarlılığa sahip olduğu bir renk olan menekşe gibi görünür. Birçok beyaz nesneye (beyaz kağıt veya belirli çamaşır tozlarında yıkanmış beyaz giysiler gibi) işaret edildiğinde , parlatıcı boyaların flüoresansı nedeniyle lazer noktasının görsel görünümü mordan maviye değişir .
"Gerçek mavi" görünmesi gereken ekran uygulamaları için 445–450 nm dalga boyu gereklidir. Üretimdeki gelişmeler ve düşük maliyetli lazer projektörlerin ticari satışları ile 445 nm InGaN lazer diyotların fiyatları düştü.
Uygulamalar
Mavi lazerin uygulama alanları şunlardır:
- Yüksek çözünürlüklü Blu-ray oynatıcılar
- DLP ve 3LCD projektörler
- Telekomünikasyon
- Bilgi Teknolojisi
- Çevresel izleme
- Elektronik ekipman
- Tıbbi teşhis
- El projektörleri ve ekranlar