Dr inż. Alina Szukalska oraz prof. Jarosław Myśliwiec z Wydziału Chemicznego kontynuują swoje badania poświęcone tzw. białemu laserowi. Wyniki swoich najnowszych prac opublikowali właśnie w czasopiśmie Advanced Functional Materials (IF=19).

W 2023 r. zespół naukowców z W3 w składzie dr inż. Alina Szukalska, dr inż. Adam Szukalski, prof. Jarosław Myśliwiec oraz Marek Adaszyński opracował innowacyjną technologię generowania białego światła laserowego na bazie tylko dwóch barwników organicznych. Wyniki badań opublikowano w „Advanced Optical Materials”, jednym z najlepszych czasopism o tematyce inżynierii materiałowej i optyki.

Tym razem dr Alina Szukalska i prof. Jarosław Myśliwiec opublikowali wyniki swoich najnowszych badań dotyczących  wielobarwnego, przestrajalnego światła oraz białej emisji uzyskanej na drodze fluorescencji i laserowania, w czasopiśmie Advanced Functional Materials (IF=19).

Praca „A Spectrally Programmable Liquid-State Active System for High-Performance (SPLASH) Multicolor Lasing and White Emission” („Spektralnie programowalny, aktywny system w stanie ciekłym dla wysokowydajnego (SPLASH) wielokolorowego laserowania i białej emisji”) powstała we współpracy z dr. Maciejem Czajkowskim z ośrodka Sieć Badawcza Łukasiewicz – PORT we Wrocławiu i dr hab. Joanną Cybińską z Uniwersytetu Wrocławskiego.

Białe światło do przesyłania informacji

Generowanie białego światła laserowego to nowe zagadnienie, którym zajmują się naukowcy na całym świecie. Uzyskanie białego światła laserowego jest skomplikowane i wymaga wykorzystania kilku zsynchronizowanych źródeł lub wielu barwników – przynajmniej trzech – odpowiadających kolorom podstawowym: czerwonemu, zielonemu i niebieskiemu (RGB).

Według naszych badaczy kluczowym wyzwaniem w prowadzonych przez nich eksperymentach było środowisko, w którym znajdowały się barwniki. – Konkretnie chodzi o układ w pełni płynny – wyjaśnia prof. Jarosław Myśliwiec z Wydziału Chemicznego.

Lasery cieczowe posiadają wyraźne zalety w obszarach emisji wielokolorowej i białej, takie jak: konkurencyjne progi generacji akcji laserowej, doskonała stabilność termiczna, a także ponadprzeciętna fotostabilność w porównaniu z odpowiednikami na bazie ciała stałego i gazu. Jednak kontrolowanie tego rodzaju środowiska jest zadaniem złożonym i stanowiło duże wyzwanie.

– Białe światło jest mieszaniną barw – mówi dr Alina Szukalska z Wydziału Chemicznego. – Aby je uzyskać, potrzeba wykorzystać kilka zsynchronizowanych źródeł światła lub kilka barwników emitujących symultanicznie światło w kolorach podstawowych: czerwonym, zielonym i niebieskim.

Płynne środowisko sprzyja mieszaniu się matryc i barwników, prowadzi do bardziej efektywnych procesów transferu energii, co znacząco ogranicza zdolność do uzyskiwania emisji polichromatycznej i białej.

Zdjęcie mikroskopowe –
trzy matryce i trzy barwniki z dobrze widoczną separacją.

– W literaturze badania ciekłych laserów zwykle opierają się na eksperymentach przeprowadzanych w kuwetach fluorescencyjnych, gdzie w istocie zachodzi niepożądany transfer energii, co utrudnia uzyskanie wielobarwnego i najbardziej spektakularnego – białego promieniowania – opowiada dr Szukalska.

Publikacja naszych naukowców wyróżnia się nowatorską koncepcją separacji i ograniczenia kontaktu między trzema cieczami i domieszkowanymi do nich barwnikami laserowymi RGB.

– Wyselekcjonowaliśmy trzy, niemieszające się ze sobą substancje w formie płynnej – ciekły kryształ, wodę i ciecz jonową – wylicza prof. Myśliwiec. – Po wielu optymalizacjach, każdą z nich selektywnie domieszkowaliśmy osobnym barwnikiem, a cały system zamknęliśmy w kompaktowych rozmiarach komórce o ściśle określonych parametrach geometrycznych.

Naukowcom w każdej z ciekłych matryc udało się uzyskać zarówno fluorescencję, jak i akcję laserową z konkurencyjnie niskimi progami wraz z możliwością prostego przestrajania wielokolorowej i białej emisji, poprzez szybką i łatwą zmianę składu komórek.

Przestrajalność kolorów w uzyskanym systemie CIE XYZ 1931,
biała emisja i poglądowe zdjęcie niemieszających się cieczy w buteleczce.

– Wierzymy, że nasze badania i otrzymane wyniki będą mieć znaczący wpływ zarówno na tworzenie nowoczesnych, laserowych wyświetlaczy, jak i technologię Li-Fi, dotyczącą przesyłania informacji z wykorzystaniem światła – mówi prof. Jarosław Myśliwiec.

Szukalska A., Czajkowski M., Cybińska J., Myśliwiec J. A Spectrally Programmable Liquid-State Active System for High-Performance (SPLASH) Multicolor Lasing and White Emission. Advanced Functional Materials, 2401288 (2024).

Badania, których wyniki przedstawione zostały w publikacji, były prowadzone w ramach grantu Narodowego Centrum Nauki „Układy ciekłokrystaliczne jako źródła elektrycznie przestrajanego białego światła laserowego”, którego kierownikiem jest prof. Jarosław Myśliwiec z Wydziału Chemicznego.