История одного лазера

Суджи Накамура стоит на сцене перед переполненным залом. Затем достает лазерную указку и направляет ее на чистую стену. Зрители с трепетом смотрят, как ярко-голубые пятна кружатся и скачут прямо над ними.

Это происходило в 1995 году на собрании Материаловедческого общества в Бостоне (штат Массачусетс, США). Нетрудно представить, почему такая простая по сути лазерная указка, продемонстрированная Накумура, произвела столько шума. Ведь еще пару лет назад ее создание казалось невозможным. Сегодня синие лазеры используются в обычных домах во всем мире — без них мы бы не смогли смотреть фильмы, записанные с помощью технологии Blu-Ray.

Полупроводниковые лазеры напрямую преобразовывают электрический ток в свет. К 1990-м годам они широко применялись в оптоволоконных линиях связи, проигрывателях компакт-дисков и в лазерных принтерах. Если перефразировать слова Генри Форда, то можно сказать, что вы можете сделать лазер любого цвета, если этот цвет — красный (или инфракрасный) (В оригинале — клиент может заказать автомобиль любого цвета, если этот цвет черный. Распространено мнение, что из имевшихся в то время красок, черная краска быстрее всего сохла, и тем самым можно было ускорить производство. Однако ряд историков, как бы сказали в России, фордоведов, утверждают, что Форд был одержим снижением себестоимости продукции и черные краски были просто дешевле).

Почему именно красный? Дело в том, что полупроводниковые лазеры (и светодиоды) испускают свет, когда через них проходит ток, а электроны захватываются атомами кристалла. При этом атом выделяет энергию в виде излучения. В зависимости от материала кристалла выделяется разная энергия, и это определяет длину волны испускаемого света.

В красных полупроводниковых лазерах активно используются соединения арсенида галлия. Из-за определенных свойств, присущих таким соединениям, из них можно получить свет исключительно в красной и инфракрасной областях спектра.

Физикам удалось добиться синего света с другим материалом — нитридом галлия, однако его интенсивность была слишком слаба. В 1993 году японская компания Nichia впервые выпустила синие светодиоды. Новаторская идея заключалась в том, чтобы выращивать кристаллы нитрида галлия без малейших трещин, что значительно увеличило объем высвобождаемой энергии. Сегодня эти светодиоды используются в производстве ручных и уличных фонарей, а также в обычных лампочках. Кстати, такие лампочки позволяют сэкономить больше энергии, чем привычные люминесцентные.

Используя тот же принцип, Накамура за два года создал синий полупроводниковый лазер. Отличие его от светодиода состоит лишь в том, что для возбуждения электронов необходим ток гораздо большей силы.

Производители бытовой техники были в восторге. Теперь они могли уместить фильм высокой четкости всего на одном оптическом диске. Так как объем записи напрямую зависит от количества дорожек, которые могут поместиться на диске, то переход к коротким длинам волн — к синей части спектра — позволяет записывать и воспроизводить больше дорожек на меньшем объеме диска. Так что прощай, DVD, и здравствуй, Blu-Ray.