Техника - молодёжи 1994-01, страница 26

лом микроскопического лазера особого типа — с накачкой электронным пучком.

Долго находиться в зоне проводимости электроны «не в силах» — уже через ОД не они начинают самопроизвольно, спонтанно возвращаться в валентную зону (рекомбинировать с дырками). При таком переходе энергия электрона уменьшается, а ее избыток уносит рождающийся квант света — фотон. Судьба этих частиц различна: одни поглощаются внутри экрана, другие покидают его. Но пока фотон еще остается в возбужденном объеме, он может (с определенной вероятностью) вынудить ближайшие электроны перейти из зоны проводимости в валентную. За счет высвобождаемой энергии возникают новые фотоны, причем летящие в том же направлении, что и первый. И опять-таки — каждый из них, пока не покинет возбужденного объема, способен породить новые вынужденные фотоны. В результате световой поток лавинообразно нарастает.

Понятно, что изображение на видовом экране образуют только фотоны, попавшие в объектив, остальные по меньшей мере бесполезны. Лазерный экран, в отличие от люминесцентного, устроен так, что светит только в направлении объектива. Это обеспечивают торцевые зеркала. Направления спонтанно излучаемых квантов света, конечно, произвольны. Но «затравкой» для вынужденных фотонов становятся лишь те из них, которые летят по нормали к экрану. Большинство таких частиц отражается от зеркал, снова попадает в возбужденный объем, порождает новые фотоны — и так много раз. В итоге световой поток выходит из лазерного экрана сконцентрированным в пределах малого телесного угла — около одной десятой стерадиана. А без зеркал свет излучался бы во все стороны, то есть в телесном угле 4тг = 12,56 стерадиана. Вот почему при прочих равных условиях монотрон в сотни раз ярче лучших люминофорных проекционных трубок.

Чертя на полупроводниковом экране строку за строкой, электронный пучок последовательно возбуждает в нем элементарные объемы, заставляя вспыхивать и гаснуть миллионы микролазеров. Каждый из них светит, пока облучается пучком — около 20 не. Причем уже за первую наносекунду фотоны успевают пройти между зеркалами не- »-сколько тысяч раз — достаточно, чтобы яркость свечения достигла максимума. Величина этого максимума зависит от интенсивности пучка. А

Убедитесь: цветным телеэкраном легко может стать стена любой комнаты. Но и такие размеры — далеко не предел для нового проектора!

24

она, как и в обычном кинескопе, регулируется управляющим напряжением.

ДА БУДЕТ ЦВЕТ!

Свечение монотрона имеет определенную длину волны, зависящую от материала лазерного экрана. Для получения цветной картинки складывают изображения от монотронов трех основных цветов (красного, зеленого и синего) — тот же принцип, что и в других проекционных телевизорах.

Однако и здесь монотрон имеет преимущество, причем не только перед любыми кинескопами, но и цветными фильмами, слайдами, фотографиями и типографскими изображениями.

Дело в том, что чем уже спектральные интервалы основных компонент (то есть чем «чище» их цвета), тем больше оттенков и степеней насыщенности можно воспроизвести при их сложении. Полупроводниковые экраны излучают в более узком спектральном интервале (всего около 10 нм), чем люминофоры и красители, а значит, дают гораздо более богатые цвета и градации. В то же время спектральные компоненты твердотельных лазеров (в отличие, например, от газовых) и не слишком узки. Поэтому в изображении отсутствуют интерференционные эффекты, вызывающие неприятные зрительные ощущения.

КАК ВОПЛОЩАЛАСЬ ИДЕЯ

Первый проектор с монотроном зеленого свечения появился в 1974 году. Макет собрали из блоков списанного электронного микроскопа и телевизора «Старт-3». Свечение дру

гих цветов получать тогда еще не умели.

Наибольшие трудности вызывал основной узел монотрона — лазерный экран (рис.2). Технологию его изготовления отработали только к 1977 году. Вот ее основные этапы.

В высокотемпературной печи, в запаянной кварцевой ампуле, помещен контейнер с нужным количеством испаряемого полупроводника. Ниже контейнера в ампуле находится подложка с затравкой — тонкой кристаллической пластинкой из того же полупроводникового материала. Большой монокристалл (диаметр — 50, высота — 30 мм) вырастает за счет осаждения испаренных молекул на более холодной затравке. Чтобы исключить дефекты, ему не дают касаться стенок ампулы. Затем кристалл режут на пластинки толщиной 1—2 мм — заготовки будущих экранов. Отшлифовав и отполировав одну из сторон заготовки, на нее наносят диэлектрическое зеркало и наклеивают толстую сапфировую пластину. Вторую сторону также шлифуют и полируют, доводя толщину полупроводника до необходимых 10 — 30 мкм, и наносят на нее серебряное зеркальное покрытие.

Лазерный экран выделяет много тепла, которое требуется интенсивно отводить. Для этого и служит сапфировая пластина (с которой, в свою очередь, контактирует хладопровод). Первые экраны надо было охлаждать до 80 К, сегодняшние — до 180 К, то есть примерно до -100°С. Охлаждающая криогенная система — пока что основной потребитель энергии в монотроне. В цветном проекторе она «съедает» 3 — 4 кВт, тогда как на все остальное — выпрямитель и блок управления — достаточно 0,5 кВт. Но