Żarówczana rewolucja
Naukowcy z University of Rochester informują, że dzięki wykorzystaniu lasera w procesie produkcyjnym, tradycyjne żarówki mogą dawać światło tak jasne, jakby zużywały 100 watów mocy, zużywając w rzeczywistości mniej niż 60 watów. Żarówki są przy tym tańsze niż świetlówki, a ich światło jest znacznie bardziej przyjemne dla oka. Jak pamiętamy, Unia Europejska wymaga stopniowej rezygnacji z tradycyjnych żarówek na rzecz świetlówek, pomimo tego, że są one droższe, zawierają rtęć oraz są szkodliwe dla zdrowia.
Tymczasem za pomocą lasera można stworzyć na wolframowym żarniku specjalne mikro- i nanostruktury, które powodują, że żarnik daje znacznie więcej światła i zużywa znacznie mniej prądu.
Badaliśmy, jak bardzo szybkie impulsy światła zmieniają metal i zaczęliśmy zastanawiać się, co się stanie, gdy potraktujemy laserem żarnik. Skierowaliśmy promień przez szklaną bańkę i zmieniliśmy niewielki fragment żarnika. Po zapaleniu żarówki zobaczyliśmy, że ten fragment świeci znacznie jaśniej, a jednocześnie zużycie energii nie wzrosło - mówi Chunlei Guo, profesor optyki z University of Rochester.
Kluczem do produkcji wydajnych żarników jest użycie bardzo silnego femtosekundowego lasera. Femtosekunda to jedna biliardowa część sekundy. Laser oświetla żarnik przez niezwykle krótką chwilę, ale w tym czasie na powierzchni czubka igły wyzwala tyle energii ile wynosi cała produkcja USA. To z kolei powoduje, że na metalu tworzą się mikro- i nanostruktury znacznie zwiększające jasność żarnika. Mimo tak olbrzymiej mocy laser femtosekundowy może być zasilany ze zwykłego gniazdka elektrycznego, a więc technikę taką będzie można bez przeszkód stosować podczas produkcji żarówek.
Jednak Guo nie powiedział na temat żarówek jeszcze ostatniego słowa. Wraz z Anatoliyem Vorobeyvem udowodnili, że czarny żarnik świeci lepiej od tradycyjnego. Ponadto okazało się, że za pomocą lasera można zmieniać kolor niemal każdego metalu w niebieski, złoty i szary. Odpowiednio manipulując kolorami żarnika można nie tylko uzyskać oszczędności energii i lepszą intensywność światła, ale również zmienić spektrum światła w tradycyjnej żarówce tak, by było ono przyjemniejsze dla oczu, bardziej białe, czy też by dawało barwę przydatną do specyficznych zastosowań. Zespół Guo osiągnął nawet to, co dotychczas było niemożliwe - spowodował, by żarnik świecił światłem częściowo spolaryzowanym. Dotychczas taki efekt można było uzyskać stosując specjalne filtry, które jednak zmniejszały wydajność żarówki.
Komentarze (20)
wilk, 1 czerwca 2009, 20:44
To ciekawe, że udało się tak znacznie ulepszyć ponad wiekowy już patent. Niestety od września 2010 żarówki mają przestać być oznaczane mocą w watach, na koszt oznaczenia w lumenach, co może wprowadzić niezłe zamieszanie (obecne 100 W to ok. 1700 lm, a nowe mniej niż 60 W).
mikroos, 1 czerwca 2009, 20:50
Czekaj, jak to? Mają być podawane TYLKO lumeny, bez mocy w watach? Przecież to idiotyczne.
Co do odkrycia - ciekawe, ale raczej tylko z punktu widzenia samej nauki. Przyszłością i tak są LED-y
wilk, 2 czerwca 2009, 00:07
No dokładnie, usuwałoby to bardzo istotne informacje i chyba jednak dałem się zmanipulować artykułem: http://www.dailymail.co.uk/news/article-1186957/Sheer-lumenacy-EU-replace-watts-continental-lumens.html
Bo wrzuciłem teraz frazy w wyszukiwarkę dyrektyw UE i znalazłem m.in. to: http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2009:076:0003:01:EN:HTML gdzie nie ma ani słowa o zastąpieniu informacji o mocy.
mikroos, 2 czerwca 2009, 00:17
Aaa, czyli jednocześnie waty i lumeny - to już ma większy sens
Być może liczby przemówią ludziom do rozsądku 
lucky_one, 2 czerwca 2009, 09:28
Wg mnie super pomysł
W końcu jakieś przemysłowe zastosowanie dla lasera femtosekundowego.. z tego co wiem do tej pory był on używany jedynie do badań - np reakcji chemicznych zachodzących właśnie w czasie femto-nanosekund..
A z tymi LEDami, to też nie wiem czy tak łatwo przejdzie.. W światłach samochodowych owszem, w latarce - też mogę mieć.. ale mam wrażenie, że w mieszkaniu, gdzie się dłuższe okresy przebywa niż na ulicy czy przy świetle latarki, to wolałbym jednak żarówkę. Chyba że za pomocą LEDów uda się uzyskać tak dobrą jakość światła, która nie będzie męczyć oczu (po doświadczeniach ze świetlówkami kompaktowymi mnie bolały i oczy i głowa :/)
thibris, 2 czerwca 2009, 23:02
"ale w tym czasie na powierzchni czubka igły wyzwala tyle energii ile wynosi cała produkcja USA." Ktoś może mi to wytłumaczyć ?
Krystus, 2 czerwca 2009, 23:16
Żarówki mają to do siebie, że promieniują bardzo szeroką gamą barw (z czego większość jest niewidzialna dla człowieka). LEDy promieniują falą pojedynczej częstotliwości *(jeżeli się mylę, to mnie poprawcie), dlatego są dużo oszczędniejsze.
Dobra jakość światła, o której piszesz, to barwa (częstotliwość promieniowania) odpowiednio dopasowana do wymagań (np. do biura inna niż do domu). Można próbować budować LEDy o konkretnej częstotliwości, ale prościej jest chyba zasymulować to, poprzez użycie diod o różnych kolorach w jednej lampie.
I pozostaje jeszcze kwestia stabilizacji napięcia w takiej lampie, żeby diody nie mrugały tak jak świetlówki. ..żeby oczy i głowa nie bolały.
mikroos, 2 czerwca 2009, 23:24
LED-y białe i "ciepłobiałe" (a to takich chyba mówimy, skoro rozmawiamy o oświetlaniu wnętrz) nie są jednokolorowe - przecież nie ma czegoś takiego, jak światło białe
zawsze jest mieszanką co najmniej trzech fal. Chociaż bez wątpienia faktem jest, że i tak jest to wąski wycinek całego spektrum 
lucky_one, 4 czerwca 2009, 08:14
Thibris, już Ci tłumaczę
Faktycznie jest to sprytna maniana, i trochę mało dokładnie zostało opisane.
Chodzi o to, że laser ten pobiera powiedzmy tyle prądu co latarka albo lampka, ale następnie emituje tą energię w postaci pulsu trwającego femtosekundy (n x 10^-15s). Więc jeśli taka lampa emituje w ciągu sekundy powiedzmy 1J energii, to laser femtosekundowy w pulsie emituje 1J/ 10^-15= 10^15J - po prostu koncentruje energię w bardzo krótkim czasie. Dlatego jego moc szczytowa jest ogromna. Natomiast moc średnia tak jak pisałem - nie przekracza kilku-kilkudziesięciu Watów (dlatego, że puls trwa femtosekundy, a brak aktywności kilka czy kilkanaście rzędów wielkości dłużej - porównując do tej lampki, w ciągu sekundy byłby jeden puls trwający kilka femtosekund, a resztę czasu byłby brak aktywności).
<oczywiście dane liczbowe o mocy latarki zostały przeze mnie podane przykładowo - dla zobrazowania zjawiska. Niemniej analogia jest dobra - laser femtosekundowy posiada moc średnią odpowiadającą właśnie latarce czy lampce - a szczytową kilkanaście rzędów wielkości większą>
Porównanie do produkcji przez elektrownie w USA było dość luźne.. Ściślej można by powiedzieć, że w ciągu pulsu (czyli np 15fs) ten laser oddaje tyle energii co wszystkie elektrownie USA w tym czasie (15fs).
Zauważ że analogicznie jest z naciskiem - nacisk 1 tony (w zasadzie megagrama się powinno używać, ale żeby nie komplikować użyję starej jednostki) na metr kwadratowy będzie miał prostopadłościan o masie jednej tony i powierzchni podstawy 1 m^2. Ale nacisk jednej tony na metr kwadratowy można też uzyskać mając prostopadłościan o masie 1 kg - po prostu wtedy jego powierzchnia podstawy musi wynosić 0,001 m^2
Mam nadzieję że już wszystko będzie jasne
Hehe, aż mi się ciśnie na usta: "Pamiętaj, wszystko jest względne 
"
thibris, 4 czerwca 2009, 14:40
Chyba za dużo grałem w szachy na lekcjach fizyki - teraz wszystko wychodzi na jaw
Dla mnie to zdanie nadal jest jakieś... niejednoznaczne.
lucky_one, 5 czerwca 2009, 10:09
Jakby Ci to prościej wyjaśnić.. Załóżmy że chodzisz po parku i zbierasz kamyczki. I znajdujesz 1 na minutę.
Po 10 minutach masz 10 kamyczków - rzucasz wszystkimi naraz (całą garścią). Twoja 'moc' w momencie rzutu, wynosi 10 kamyczków - czyli tyle, ile wynosiła by 'moc' 10 ludzi, gdyby szli i za każdym znalezieniem kamyczka, rzucali nim.
Ale Twoja moc średnia wynosi tyle co moc jednej osoby - bo przez 9 minut nie rzucasz, a potem oddajesz salwę 10 sztuk w 10 minucie. Czyli średnio rzucasz 1 kamykiem na minutę.
Analogicznie z tym laserem jest
Gromadzi on w sobie energię przez relatywnie długi czas, a następnie całą tę energię oddaje w bardzo krótkim czasie. Dlatego ma niewielki pobór prądu (kamyków) - bo tak naprawdę przez większość czasu on nie działa, a zbiera energię. Trochę tak jakby ładował sobie powoli akumulator, a potem w jednej chwili go rozładowywał przez 'strzał' wiązką 
Jeśli chodzi o zasadę tych laserów pulsowych, to one były znane już od dość dawna - po prostu od stosunkowo niedawna udaje się uzyskać puls trwający tak krótko (10^-15s).
w46, 5 czerwca 2009, 10:45
LEDy nie zawsze promieniują jedną częstotliwością - w takim przypadku świeciły by jednym kolorem np czerwonym... a istnieją LEDy które emitują światło białe które się składa z całego spektrum kolorów (http://www.cree.com/products/pdf/XLamp7090XR-E.pdf str. 5)
Diody nigdy nie będą mrugały ponieważ zasilane są prądem stałym. Co do stabilizacji to wymagają one stabilizacji prądu nie napięcia.
wilk, 5 czerwca 2009, 12:00
Te sieciowe mrugają, bo są zasilane przetwornicą impulsową.
w46, 5 czerwca 2009, 13:33
To że są zasilane przetwornicą impulsową nie musi oznaczać mrugania, w przetwornicy są montowane kondensatory które wyrównują tętnienia - w połączeniu z szybką stabilizacją prądu poziom tętnień jest minimalny.
wilk, 5 czerwca 2009, 20:22
Nie musisz mi tłumaczyć jak to działa.
Chodzi mi tutaj, w przeciwieństwie do świetlówek, których migotanie wyrażnie widać, o efekt stroboskopowy związany z ruchem w polu światła. Efekt ten wynika z niemal zerowej bezwładności półprzewodnika w obliczu nawet znikomych tętnień.
w46, 8 czerwca 2009, 15:39
Powiem tak - testowałem i jest ok
UV, 11 czerwca 2009, 16:22
może to nonsens ale skoro ten laser daje radę tak skumulować energię to dzięki niemu możnaby giąć czasoprzestrzeń i tworzyć tunele.....? chociaż malutkie na początku!!
lucky_one, 12 czerwca 2009, 21:11
Myślę, że może być z tym problem - właśnie w tym, że puls jest tak krótki..
Jak pisałem, cały trick z mocą tego lasera polega na tym, że jego malutką energię dzieli się przez ułamkową część sekundy czasu jego działania..
Energia emitowana na sekundę wydaje się ogromna - ale on takiej energii nie potrafi zmagazynować.. Potrafi zmagazynować malutką (rzędu 10^-15) część tej energii.. Tyle tylko, że potrafi ją bardzo szybko wypromieniować.
Ale nie zajmowałem się tym bliżej, więc trudno mi więcej w tej sprawie powiedzieć - po prostu z laserem femtosekundowym miałem styk w trakcie pewnego cyklu zajęć na uczelni (w jednym z instytutów jest na mojej uczelni taki laser). Używa się go z tego co mówili do badań związanych z określaniem przebiegu reakcji chemicznych zachodzących w bardzo krótkim czasie..
thikim, 13 czerwca 2009, 11:30
Najprościej pisząc. W czasie tej femtosekundy moc lasera jest porównywalna z mocą elektrowni w USA.
Co to znaczy? Że przez femtosekundę na żarnik żarówki zostaje dostarczona taka ilość energii jaką dostarczyłyby te wszystkie elektrownie do tego żarnika (też na femtosekundę).
lucky_one, 13 czerwca 2009, 19:34
Tak, właśnie tak.