В шаге от меча джедаев: в ДВФУ разработали ключевой компонент для сверхмощных лазеров

В результате трехлетних исследований молодыми учеными ДВФУ во главе с кандидатом технических наук Денисом Косьяновым был создал уникальный двухфазный керамический люминофор — компонент, который позволит создать чрезвычайно мощные осветительные устройства на основе свето- и лазерных диодов. Об этом сообщает «Приморская газета». Изобретение представителей ДВФУ станет бесценным подспорьем для исследователей морских глубин, спасателей, специалистов в области высокотехнологичной медицины и даже для покорителей космоса. В основе разработки команды научно-образовательного центра «Передовые керамические материалы» лежит усовершенствование базового принципа работы белых светодиодов. Данное устройство состоит из двух основных компонентов: синего светоизлучающего диода и так называемого фотолюминофора. Последний представляет собой небольшое покрытие, прилегающее к диоду, свечение которого возникает при частичном преобразовании синего света. Излучение диода и люминофора, смешиваясь, дают белый свет того или иного оттенка.

Для создания керамического люминофора необходимо высокоточное оборудование
Фото — пресс-служба ДВФУ.

— Большинство люминофор-конвертеров в коммерческих белых светодиодах изготавливают путем нанесения слоя люминофора на основе порошка алюмоиттриевого граната, допированного церием, на фиксирующую кремний-органическую смолу. Технические характеристики светодиодов такого типа удовлетворяют большую часть нужд потребителей в повседневной жизни, однако у них есть также и ярко выраженные недостатки, — подчеркнул Денис Косьянов. — Слой люминофора неоднороден, его теплопроводность низкая, что неминуемо приводит к так называемому «выгоранию» в процессе эксплуатации. Для решения широкого спектра вопросов и задач современной фотоники требуется создание не только энергоэффективных, но и высокомощных сверхъярких белых светодиодов. Поэтому и возникла необходимость в создании новой формы люминофора, который обладал бы как высокими показателями светоотдачи и однородности цвета, так и теплопроводности и термической стойкости.

По мнению писателей-фантастов, световые мечи джедаев имеют разный цвет
Фото — Википедия.

Поиск решения данных проблем привел к разработке новых форм исполнения люминофоров, таких как порошок в стекле, оптическая керамика, стеклокерамика и моно- и эвтектические кристаллы. По набору термических и физико-механических свойств самым перспективным вариантом формы оказались оптические керамики — при одинаковом фазовом составе теплопроводность по сравнению с порошковым вариантом выросла почти в 100 раз.

Дальневосточные ученые добились существенных успехов и в производственном процессе. Запатентован новый подход в рамках керамических технологий создания подобных композитов — так называемое реакционное искровое плазменное спекание, которое позволяет получать материалы при значительно более низкой температуре и продолжительности процесса, чем классическое вакуумное спекание. Продолжительность цикла спекания сократилась в 15 раз. Быстрый и в то же время относительно простой и экономически эффективный «одностадийный» подход позволил сформировать композиты с необходимой микроструктурой и плотностью.

Дальневосточные ученые продолжают работу с оптической керамикой
Фото — пресс-служба ДВФУ.

Создание люминофора нового поколения открывает перед российскими промышленниками и учеными новые возможности по созданию беспрецедентно мощных осветительных устройств на основе светодиодных и лазерных систем. Для данной концепции способность люминофора-конвертера выдерживать чрезвычайную мощность возбуждения и, следовательно, высокую тепловую нагрузку от источника возбуждения выступает критически важным условием, и здесь двухфазная керамика придется как раз к месту. Ведь если в случае использования светодиодов эффективная плотность входной мощности ограничена значением в 3 ватт на квадратный сантиметр, то для лазеров с кристаллами синего диапазона она составляет уже около 25 киловатт на квадратный сантиметр — разница превышает 8 тысяч раз.

Идет изготовление опытных образцов
Фото — пресс-служба ДВФУ.

В отличие от светодиодных, в лазерных системах освещения свет распространяется плотным пучком и, обеспечивая очень высокую светимость, будет эффективен для работы на большие расстояния. Такая сверхмощная аппаратура может использоваться при исследованиях морских глубин, новых подходах в проецировании изображений и эндоскопии и даже при передаче данных. Пригодятся такие разработки и при оптимизации систем освещения мегасооружений, аэропортов, взлетно-посадочных полос, железнодорожных путей, летательных аппаратов, а также в космической отрасли.

Как отметила младший научный сотрудник научно-образовательного центра «Передовые керамические материалы» Анастасия Ворновских, лазерные диоды интересны благодаря их монохроматическому, высококогерентному и направленному излучению света.

— В сочетании с люминофором они обеспечивают очень высокий световой поток. Малый размер лазерного пятна может привести к получению квазиточечного источника белого света. Новые технологии, такие как фары с лазерным усилением, лазерные телевизоры или передача данных по видимому свету наглядно демонстрируют преимущества лазерного освещения в сравнении со светодиодным, — уточнила Анастасия Ворновских.

Сейчас ученые ДВФУ заняты производством серий опытных образцов и макетов осветительных устройств на их основе. В дальнейшем планируется переход на этап опытно-конструкторских и технологических работ с привлечением индустриальных партнеров.

Фото — пресс-служба ДВФУ

Читайте новости в нашем телеграм-канале: t.me/primgazeta_ru.