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以四色雷射源產生高品質白光

2011/11/01 | | 標籤:

根據美國 Sandia 國家實驗室所構思的測試,人眼對於二極體雷射所產生的白光跟逐漸流行起來的 LEDs 所產生的,一樣舒適。

這些技術都讓電流通過材料以產生光,不過較簡單的 LED 僅透過自發輻射(spontaneous emission)發光。二極體雷射則是在釋放前使其在內部來回反彈。

這項發現很重要,因為 LEDs — 受廣泛認可,成為有百年歷史的鎢絲白熾燈泡技術更有效率且更耐用的替代品 — 在電流高於 0.5 安培時失去效率。然而,其姊妹技術 — 二極體雷射 — 的效率在更高的電流下獲得改善,在更高的安培數下提供的光線甚至比 LEDs 多。

“我們證明,在照明的追尋上,二極體雷射是一條值得的路線," Sandia 研究者 Jeff Tsao 表示,他提議這項比較實驗。"在這些測試之前,我們在此方向上的研究還沒開始前就已經結束了。典型的反應是,「你在唬人嗎?二極體雷射所產生的白光其演色品質(color rendering quality)會很可怕。」所以事情到最後變成這樣:為了要走下去,有人真的得要先回答這個非常基本的問題。"

在照明這方面,針對二極體雷射進行的研究不多,因為大家都假設,人眼對於雷射所產生的白光會感到不適。那將由四種極窄頻波長(extremely narrow-band wavelengths)構成 — 藍、紅、綠與黃 — 而且跟太陽光非常不同,例如,那涵括(blends)廣泛的波長範圍,且其間沒有間隙。二極體雷射亦比 LEDs 發出的光要窄十倍。

這些測試 — 一種高科技市場研究 — 在新墨西哥大學的高科技材料中心進行。四十位志願者逐一就坐,位於二個看似幾乎相同的、有水果裝於碗內的場景前(那分別放置在毗鄰的腔室內,譯註:參見原站照片)。每個碗隨機被暖白、冷白或自然白的 LEDs 照亮;被鎢絲燈泡照亮,或著被四種雷射(藍、紅、綠、黃)的結合照亮,那經過調整,其結合產生一種白光。

實驗的進行類似驗光師的檢查,實驗對象被問及:你喜歡左邊或右邊的景象,好,那現在呢?

觀看者並未被告知照明來源為何。他們只被指示選擇他們覺得最舒服的、被照亮的場景。這二碗水果隨機呈現(即隨機照亮),除照明本身以外,使順序以及測試者都不會先入為主地影響實驗對象的選擇。電腦程式以及實驗設置都由 Alexander Neumann 完成,CHTM 主任 Steve Brueck 的 UNM 博士生。

每位參與者(從各年齡層選出),在這二種交替改變之間進行 80 選擇,此過程花約 10 到 20 分鐘,Sandia 科學家 Jonathan Wierer 表示,他幫忙計畫、校正與執行實驗。有五項結果被排除,因為這些參與者經證明為色盲。Wierer 表示,結果顯示,在統計上顯著的、對基於二極體雷射白光的偏好,超過了基於 LED 的暖白光與冷白光,不過在基於二極體雷射與基於 LED 的自然白光或白熾燈白光之間,則無統計上顯著的偏好。

Tsao 說,這些結果也許不會讓照明製造者如舊金山淘金熱般,開始搶進二極體雷射,不過他們也許開啟了一條先前被忽略的研究路線。二極體雷射的製造比 LEDs 稍微貴了一點,因為對其基質的要求比那些 LED 高。但他仍然表示,這些基質在未來會變得更易取得,因為它們亦能改善 LED 的效能。

此外,藍光二極體雷射的表現夠好,汽車製造商 BMW 正計畫將之用於旗下車輛的次世代白色頭燈,不過紅色二極體雷射的表現不佳,而黃色與綠色的效率在獲得商業化照明的機會之前,仍有一段路要走。

Tsao 繼續表示,競爭並非得要贏者全拿,相反的,一種合作的方法也許會是拿紅、藍二極體雷射搭配黃、綠 LEDs。或著藍色二極體雷射被用來照亮磷光質 — 此技術目前為日光燈以及當前這一代基於 LED 的白光所用 — 以創造出想要的光色調。

雖然二極體雷射有望成為另一種照明技術,不過對數十億美元的照明產業來說,效率仍須提升。為了健康因素,所謂的「聰明光束(smart beams)」能在現場調整出個人化的顏色呈現,且因為它們是定向的(directional),故能在需要之處提供精確地照明。

資料來源:PHYSORG:High-quality white light produced by four-color laser source[October 26, 2011]

轉載自only-perception

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