В России разработали ключевой компонент для сверхмощных лазерных систем освещения

Разработку представили исследователи Дальневосточного федерального университета (ДВФУ). В работе также принимали участие сотрудники Института автоматики и процессов управления ДВО РАН (Владивосток), Центра коллективного пользования «Сибирский кольцевой источник фотонов» (Кольцово) и Шанхайского института керамики Китайской академии наук.

Лазерное освещение имеет ряд преимуществ перед светодиодным: его эффективность практически не падает с ростом тока, а сами источники отличаются большей мощностью и яркостью. Сверхъяркие белые лазерные диоды востребованы при создании автомобильных фар, прожекторов для авиационной и подводной техники, в системах поисково-спасательных работ, а также в аэрокосмической навигации. Однако коммерческие люминофоры (материалы-излучатели) сильно перегреваются и не позволяют добиться естественной цветопередачи.

Ученые нашли решение, объединив в одном материале два компонента: термостойкий оксид алюминия и люминесцентный гадолиний-алюминий-галлиевый гранат, активированный ионами церия. Первый отвечает за эффективный отвод тепла, предотвращая перегрев при высоких мощностях лазерного излучения. Что же касается второго элемента, вариация соотношения алюминия и галлия в кристаллической решетке граната позволяют точно настраивать оттенок свечения. Оптимальные показатели цветопередачи достигаются при замене 10-20% атомов алюминия на галлий. Такой состав обеспечивает на 15% более высокий индекс цветопередачи без потери яркости.

Эксперименты показали, что устойчивость к нагреву у новой керамики в разы выше, чем у коммерческих люминофоров. При замещении 50% и более атомов алюминия на галлий в материале возникает эффект фосфоресценции (послесвечения), который может сохраняться до 1–6 минут. Это важно учитывать, например, при создании автомобильных фар, где требуется мгновенное отключение света, отмечают исследователи.

На основе нового материала был создан прототип источника освещения. Ученые продемонстрировали, что его спектр близок к естественному дневному свету. Предметы под таким освещением выглядят более естественно по сравнению с традиционными люминофорами, цвет свечения которых варьируется от зелено-желтого до холодного синего.

Предположительно, технология может пригодиться при посадке аппаратов на поверхность Луны и других небесных тел, поскольку обеспечит более естественное освещение рельефа. При этом, основная роль все же останется за сенсорами.

«В космосе основным источником света остается Солнце. При стыковке в тени обычно используют инфракрасные системы. При посадке на Луну даже мощные источники света не решают проблему оценки высоты и скорости — здесь важнее датчики», — пояснил ведущий инженер Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана Андрей Новиков, чьи слова приводят «Известия». Тем не менее, по его мнению, такие системы освещения могут быть полезны для оценки рельефа посадочной площадки и работы в тени кратеров или во время длительной лунной ночи.

Разработанный композит может использоваться в аэрокосмической навигации, где требуется высокая надежность при экстремальных нагрузках, а также в системах глубоководного наблюдения, хирургической технике, где врачу критически важна точная цветопередача, либо в автомобильных фарах нового поколения.

На обложке генерация Pro Космос на основе фото ДВФУ