24)Конструкция воспроизводящих устройств лазерного типа

Использование лазерных источников света считается перспективным для улучшения цветопередачи, увеличения срока службы и снижения энергопотребления проекционной телевизионной аппаратуры.

Действительно, качество цветопередачи, например, проекционных те­левизоров с типовыми источниками света хотя и высокое, но полностью не охватывает цветового локуса человеческого зрения, особенно в зелено-­голубых тонах. Дело в том, что разделяющие цвета фильтры не обеспечи­вают высокую чистоту основных цветов, так как имеют довольно широкую полосу пропускания. А при применении интерференционных фильтров, выделяющих спектрально чистые цвета, мощность источника света с непрерывным спектром используется неэффективно. Поэтому разработчики телевизионной аппаратуры оказываются перед выбором: либо высокая яркость, умеренное энергопотребление и цветовая насыщенность, либо высокое качество цветопередачи, но низкая яркость и большое энергопо­требление.

Поэтому применение лазерных источников света выглядит достаточно перспективным как с точки зрения качества воспроизводимого цветного изображения, так и энергетически. К настоящему времени разработаны мощные растровые структуры излучателей (полупроводниковых лазерных диодов), позволяющие заменить в телевизорах проекционные лампы ши­рокими пучками лазерных лучей R, G и В цветов.

Принцип работы лазерных диодов основывается на квантовых пере­ходах электронов из одного энергетического состояния в другое. Излуче­ние кванта света при переходе электрона на более низкий энергетический уровень может происходить самопроизвольно (спонтанно) или под воздей­ствием внешнего излучения (вынужденного). Для того чтобы преобладали переходы, при которых происходит излучение энергии (квантов света), не­обходимо создать повышенную концентрацию возбужденных атомов (так называемую инверсную населенность). Процесс создания инверсной насе­ленности называется накачкой. Для большего усиления света необходимо, чтобы один квант света вызывал как можно больше вынужденных перехо­дов. Это достигается с помощью оптического резонатора, например, двух параллельных зеркал. Квант света, пролетая от одного зеркала к другому и обратно, вынуждает большое количество электронов излучать свет. Если оба зеркала отражают 100% излучаемого света, то на выходе оптического резонатора световых лучей не окажется. Поэтому выходное зеркало резо­натора делают полупрозрачным. Длина волны излучения зависит от соста­ва полупроводника и легирующих его примесей. Например, лазерные дио­ды, изготовленные из фосфора галлия (GaP), при легировании кислородом излучают красный свет, а при легировании азотом — зеленый.

Полупроводниковые лазерные диоды с различными вариантами опти­ческих резонаторов, геометрией активной среды и конструкцией корпуса классифицируются по выводу света на лазерные диоды с поперечной на­качкой и торцевым излучением EEL (Edge Emitting Laser) и лазерные дио­ды с поверхностным излучением и вертикальным резонатором VCSEL (Vertical Cavity Surface Laser). Диоды EEL в большом количестве одновре­менно формируются на общей подложке, могут обеспечить любой цвет из­лучения. Однако их производство достаточно дорогое из-за невозможно­сти их тестирования на ранних этапах изготовления. NECSEL начинается с эпитаксиального наращивания на 4" пластине из арсенида галлия (GaAs) около тысячи структур лазерных диодов. Их можно проверить до разделения полупроводниковой пластины на отдельные кри­сталлы и установки массива на теплоотвод. Красный (621 нм), зеленый (S32 нм) и синий (465 нм) цвета могут быть реализованы в едином блоке излучателей.

Массивы лазерных диодов NECSEL излучают пучки света с круговой поляризацией и слабо расходящимися, почти параллельными лучами. Та­кой свет может быть с помощью четвертьволновой пластинки практически без потерь преобразован в свет с заданной линейной поляризацией и эф­фективно использоваться для подсветки DMD-матрицы в проекционных DLP-телевизорах. Например, компания Mitsubishi (Япония) продемонстрировала разработанный ею лазерный DLP-телевизор проекционного типа, в котором нет цветного вращающегося светофильтра (Colorwheel), так как чередование цветов засветки микрозеркального чипа производится пере­ключением компонентов (R, G, В) лазерного источника света Novaiux. Причем лазерный HD-телевизор проекционного типа с размером экрана 55" (140 см по диагонали) имеет толщину 27 см. Одновременно компания Mitsubishi анонсировала свой новый 62" (157 см по диагонали) лазерный проекционный телевизор DLP-типа, сравнимый по толщине с плазменны­ми дисплеями.

Эпитаксиальное наращивание представляет собой наращивание кристалла путем осаждения из газовой фазы слоев атомов кремния на кремниевую подложку

Лазерный диод — полупроводниковый лазер, построенный на базе диода. Его работа основана на возникновении инверсии населённостей в области p-n перехода при инжекции носителей заряда.

VCSEL — «Поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором» — полупроводниковый лазер, излучающий свет в направлении, перпендикулярном поверхности кристалла, в отличие от обычных лазерных диодов, излучающих в плоскости, параллельной поверхности.

25 КВАНТОСКОПЫ Лазерные электронно-лучевые приборы (квантоскопы)–гибрид полупроводникового лазера с электронной накачкой и электроннолучевой трубки, формирующей электронный пучок накачки и управления излучением – уникальное российское научно-техническое достижение конца XX века.

Принцип действия квантоскопа

Полупроводниковая мишень преобразует энергию электронного пучка накачки в лазерное излучение. Длины волн излучения обеспечиваются выбором монокристалла мишени. Интенсивность и положение пучка на мишени определяют мощность и пространственное положение лазерного луча. Диаметр пучка и распределение тока по его сечению определяют разрешающую способность и диаграмму направленности излучения.

1 - электронный пучок; 2 – полупроводниковая мишень; 3 – лазерный луч; 4 – мишень

Управление лучом стандартными средствами ТВ техники, допускающими сопряжение с ЭВМ, обеспечивает режимы лазерного телевидения и знакографики. Пространственно-временная синхронизация излучения с фотоприемным устройством обеспечивает локационное видение с лазерной подсветкой.

Достоинства квантоскопов: отсутствие спеклов в излучении;большая излучающая поверхность; простота управления интенсивностью и положением луча средствами телевизионной и вычислительной техники; высокая частота модуляции и сканирования; высокая точность пространственного позиционирования; широкий спектральный диапазон длин волн излучения; высокая средняя мощность и КПД; устойчивость к вибрациям и ударным нагрузкам.

Квантоскоп обеспечивает: отображение полноцветной ТВ информации с высокой четкостью на экранах площадью до 100м2; формирование излучения заданой конфигурации для оптической локации объектов с их ТВ визуализацией; лазерную сканирующую интроскопию оптических и полупроводниковых материалов и биологических объектов с субмикронным разрешением. Исследования свидетельствуют, что данное изделие перспективно также для диагностики, биостимуляции, фотодинамической терапии патологии органов человека.

Основное внимание в ходе разработок уделялось достижению необходимых выходных светотехнических характеристик приборов: мощности и длине волны лазерного излучения; разрешающей способности; устранению неравномерности поля излучения.

Технические характеристики:

Дискретные длины волн излучения в диапазоне, mm	0,33-5,0
Ширина спектральной линии излучения, 0.1 A	10-50
Диаметр рабочей поверхности мишени, mm	<85
Диаметр излучающей области, um	5-30
Диаграмма направленности излучения	<20
Мощность излучения (на различных длинах волн), W	1-30
Неравномерность излучения по мишени, %	<10
КПД, %	<15
Разрешающая способность, ТВ линий	<2500
Контраст изображения	150:1
Ускоряющее напряжение, kV	40-65
Габаритные размеры, mm	100х(500-750)
Вес, kg	<1

Завершена разработка лазерных кинескопов нового поколения, в ходе которой снижено напряжение генерации лазерного излучения и повышена рабочая температура. Для сохранения основных светотехнических характеристик в новой конструкции создана и оптимизирована оптико-формирующая система, позволившая повысить плотность тока электронного пучка на мишени. На разработку получены патенты ведущих стран. Созданы опытные образцы приборов нового поколения не требующих охлаждения и работающих при комнатной температуре.