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纳米级LED克服“效率降低”难题,还能发射激光
发布时间:2020-08-27     作者:雷鑫宇   来源:科界   分享到:

《科学进展》杂志8月14日报道,美国国家标准与技术研究所(NIST)、马里兰大学和伦斯勒理工学院等开发了一种新型发光二极管(LED),有望突破长期存在的光源效率限制。研究人员经演示实验后发现,新型LED的亮度是传统亚微米级LED的100~1000倍,并且具备产生激光的能力。这些特性在规模化和小型化应用中具备潜在应用价值。

NIST研究人员Babak Nikoobakht说:“这是制造LED的新架构。虽然我们使用的材料与传统LED装置相同,但对它们的形状进行了改进。”

虽然LED装置开启了照明新时代,但即便是现在使用的LED设备,也有它的局限性:在一定程度上,增加LED的电量会使其发出的光更明亮。然而,亮度很快就会降低,使LED的效率变得非常低。“效率降低”问题限制了LED在通信技术、杀毒等多个领域的应用。

Nikoobakht等设计的新型LED装置克服了效率降低问题,但这完全是意外之喜——他们的主要目标只是制造一种微型LED,以满足芯片实验室技术的需求。

与传统LED使用的平面设计不同,研究人员在新LED中引入了氧化锌翅片。翅片阵列看起来就像一把小梳子,并可以向1厘米以外区域延伸。

Nikoobakht解释说:“我们从翅片结构上看到了希望,因为它们细长的形状和较宽的侧面或许能够接收更多电流。一开始,我们只是想测试一下新架构能承受多高的电流,结果却发现它变得越来越亮。”

新LED能发射出紫光至紫外光的明亮光线,产生的功率是一般小型LED的成百上千倍。Nikoobakht说:“这是一个重要的基础性发现。面积约1平方微米的LED,发光功率约为22纳瓦,而新LED能产生高达20微瓦的功率。”

在实验过程中,研究人员还取得了另一个惊人的发现:虽然新LED最初是在一定波长范围内发光,但它相对较宽的发射光范围最终缩小为两个波长的强烈紫光。这说明,新LED装置变成了微型激光器。

Nikoobakht说:“将LED转换为激光非常不容易。它需要将LED与谐振腔耦合,使光在腔内反射。翅片结构让新LED能够独立完成整个工作,无需再依托谐振腔。”

微型激光器在化学传感、便携式通信产品、高清显示器和芯片级设备等方面,都有重要应用价值。Nikoobakht说:“新型LED装置有可能成为未来应用的关键组成部分之一。它能发出明亮的激光,并且效率不会降低。”

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