Nuevo nanoláser de luz blanca

Por Francisco R. Villatoro, el 29 julio, 2015. Categoría(s): Ciencia • Física • Nanotecnología • Noticias • Óptica • Physics • Science ✎ 8

Dibujo20150728 monolithic white laser - nature nano

Un láser integrado monolítico o láser en un solo chip es el que está fabricado en un solo material a base de capas de diferentes semiconductores. Se publica en Nature Nanotechnology un láser de luz blanca fabricado en una nanohoja heteroestructurada de una aleación cuaternaria de ZnCdSSe (cada capa de la heteroestructura tiene una aleación diferente de este material). El nanoláser emite luz blanca porque su espectro tiene tres picos centrados en los colores rojo, verde y azul.

Un nanoláser muy prometedor que se publica en Fan Fan et al., «A monolithic white laser,» Nature Nanotechnology, AOP 27 Jul 2015, doi: 10.1038/nnano.2015.149.

Dibujo20150728 energy gap and refractive index - heterostructure - white laser - nature nano

Los láseres multicolor han avanzado mucho desde la introducción de las heteroestructuras de tipo nanohilo en el año 2008. Los más interesantes desde el punto de vista aplicado son los láseres de luz blanca, cuyo espectro está picado en al menos tres picos correspondientes a los colores RGB. Estos láseres luz blanca tienen varias ventajas respecto a los diodos de emisión de luz (LED) blancos, sobre todo en cuanto a potencia emitida. Además, su gama de colores es mucho más amplia (pueden cubrir hasta el 90% de los colores que percibe el ojo humano), mayor contraste y colores más vivos.

Dibujo20150728 band structure parameters used in calculation for absorption or gain coefficients - nature nano

Fabricar nanohilos (nanowires) de ciertos materiales es más difícil que fabricar nanohojas (nanosheets). Por ello se han propuesto diferentes diseños de láseres monolíticos usando nanohojas. Estos láseres se basan en diferentes aleaciones que combinan Zn, Cd, S y Se, cuya banda prohibida (bandgap) permite la emisión en ultravioleta (ZnS), azul (ZnSe), verde (CdS) y rojo (CdSe). En esta línea se enmarca el nuevo nanoláser que combina capas de diferentes aleaciones de ZnxCd1−xSySe1−y (ver la tabla). Cada capa de una aleación concreta presenta un bandgap diferente y un índice de refracción diferente, dando lugar a un láser que emite a un color diferente. Combinándolos de forma apropiada se obtiene un láser de luz blanca.

Dibujo20150728 Growth procedure of multi-segment heterostructure nanosheets. - nature nano

La fabricación de una nanohoja heteroestructurada de diferentes aleaciones de ZnCdSSe no es fácil. El nuevo artículo propone una nueva técnica de fabricación (en cuyos detalles no voy a entrar). La gran ventaja de la nueva técnica es que, según los autores, permite ajustar las proporciones de las diferentes aleaciones (valores de x e y),  luego también sus correspondientes bandgap y el color emitido por el láser. Este tipo de ajuste permite nanoláseres de luz blanca con diferentes colores primarios, algo útil en algunas aplicaciones.

Dibujo20150728 spectrum nanolaser - cie diagram dots - nature nano

Esta figura muestra el espectro de las tres capas (B, G, R) por separado y sus diferentes combinaciones en la heteroestructura (siendo la R+G+B la que conduce a luz blanca). En el diagrama de cromaticidad de la CIE se muestra la gran calidad de la luz blanca producida por el nuevo nanoláser basado en una heteroestructura. de ZnCdSSe. Sin lugar a dudas los avances en la fabricación de estos dispositivos permitirán su incorporación al mercado en los próximos lustros.



8 Comentarios

  1. es posible hacer una pantalla, con algun sistema laser, oled, puntos cuanticos o alguna tecnologia de laboratorio que no conozco, que cubra el 100% del diagrama de cromaticidad de la CIE ?

    1. Ignacio, ¿qué significa 100% del diagrama CIE? Si usas N primarias cubres un N-gono (polígono de N lados) en el diagrama CIE, pero el contorno requiere infinitas primarias; no existe ninguna tecnología conocida que permita cubrir infinitas primarias. ¿Pero para qué las quieres si con tres primarias ningún humano nota la diferencia? En calibración de colores a veces se usan 10 primarias, pero no conozco casos en los que se usen más de 10 primarias.

      1. muchas gracias por tu respuesta.
        Mi pregunta de fondo es si se podra construir una tecnologia de pantalla, en la cual el ojo humano lo distinga de la realidad ( en todos los aspectos (brillo contraste definicion color etc) menos el 3d de la realidad)

  2. Ignacio:
    Es imposible cubrir la totalidad del diagrama utilizando una combinación FINITA de colores primarios, ya que la región obtenida es un polígono cuyos vértices corresponden a la ubicación del los primarios. En el caso de que los primarios provengan de láseres (o cualquier otra fuente monocromática), los vértices se ubicarán sobre la frontera curvada del diagrama. Utilizando 3 láseres en teoría se puede generar la mayor riqueza de matices maximizando el área de triángulo inscrito al diagrama de cromaticidad del CIE (aproximando las longitudes de onda de los láseres azul y verde a 460 y 520 nm respectivamente sin variar el rojo podría lograrse una excelente cobertura de colores).

  3. Interesante crear Luz blanca ‘coherente’ . A mi lo que me llama la atención, entre otras cosas, es que la cavidad láser soporte tres longitudes de onda diferentes en modo coherente a la vez. ¿O serán tres cavidades diferentes?.

  4. Unas puntualizaciones. Esto no es estrictamente un nanolaser, el término está mal empleado en el artículo. Segundo, no son tres cavidades pero si tres medios de ganancia diferentes. Tercero, respecto a la primera pregunta, un emisor de luz supercontinua ya puede generar un haz de luz que cubra desde el ultravioleta hasta el infrarojo, pero no te daría ninguna ventaja desde el punto de vista de la visión del ser humano sobre la solución de los 3 o 4 colores primarios.

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