Учените демонстрират първото в света лазерно излъчване с непрекъсната вълна на дълбок ултравиолетов лазерен диод при стайна температура


За първи път в света учените демонстрират непрекъсната лазерна вълна на лазерен диод с дълбоки ултравиолетови лъчи при стайна температура

За първи път в света учените демонстрират непрекъсната лазерна вълна на лазерен диод с дълбоки ултравиолетови лъчи при стайна температура. Кредит: Иси Такахаши

Изследователска група, ръководена от Нобеловия лауреат за 2014 г. Хироши Амано в Института за материали и системи за устойчивост (IMaSS) на университета Нагоя в централна Япония, в сътрудничество с Asahi Kasei Corporation, успешно проведе първото в света лазерно излъчване с непрекъсната вълна при стайна температура на дълбоко -ултравиолетов лазерен диод (дължини на вълните до UV-C област).

Тези резултати, публикувани в Писма по приложна физикапредставляват стъпка към широкото разпространение на технология с потенциал за широк спектър от приложения, в т.ч стерилизация и медицина.

Откакто бяха въведени през 60-те години на миналия век и след десетилетия изследвания и разработки, най-накрая беше постигната успешна комерсиализация на лазерните диоди (LD) за редица приложения с дължини на вълните, вариращи от инфрачервени до синьо-виолетови. Примери за тази технология включват оптични комуникационни устройства с инфрачервени LD и Blu-ray дискове, използващи синьо-виолетови LD.

Въпреки това, въпреки усилията на изследователски групи по света, никой не може да разработи дълбоки ултравиолетови LD. Ключов пробив настъпи едва след 2007 г. с появата на технология за производство на субстрати от алуминиев нитрид (AlN), идеален материал за отглеждане на филм от алуминиев галиев нитрид (AlGaN) за устройства, излъчващи UV светлина.






Демонстрация на генерация с непрекъсната вълна при стайна температура. Кредит: 2022 г. Asahi Kasei Corp. и университета в Нагоя

Започвайки през 2017 г., изследователската група на професор Амано, в сътрудничество с Asahi Kasei, компанията, която предостави 2-инчови AlN субстрати, започна разработването на дълбок ултравиолетов LD. Първоначално достатъчното инжектиране на ток в устройството беше твърде трудно, предотвратявайки по-нататъшното развитие на UV-C лазерни диоди.

Но през 2019 г. изследователската група успешно реши този проблем, използвайки техника за допинг, предизвикана от поляризация. За първи път те произведоха ултравиолетово видим (UV-C) LD с къса дължина на вълната, който работи с къси импулси на ток. както и да е входна мощност необходимата за тези токови импулси беше 5,2 W. Това беше твърде високо за лазерно излъчване с непрекъсната вълна, тъй като мощността би накарала диода бързо да се нагрее и да спре да излъчва.

За първи път в света учените демонстрират непрекъсната лазерна вълна на лазерен диод с дълбоки ултравиолетови лъчи при стайна температура

Изследователи, които успешно проведоха първото в света лазерно излъчване с непрекъсната вълна при стайна температура на дълбок ултравиолетов лазерен диод. Кредит: 2022 г. Asahi Kasei Corp. и университета в Нагоя

Но сега изследователи от университета в Нагоя и Asahi Kasei са променили структурата на самото устройство, намалявайки задвижващата мощност, необходима на лазера да работи само с 1,1 W при стайна температура. Установено е, че по-ранните устройства изискват високи нива на работна мощност поради невъзможността за ефективни токови пътища поради кристални дефекти, които се появяват на лазерната лента. Но в това проучване изследователите установиха, че силното кристално напрежение създава тези дефекти.

Чрез умело приспособяване на страничните стени на лазерната лента, те потискат дефектите, постигайки ефективен ток към активната област на лазерния диод и намалявайки работната мощност.

Платформата за индустриално-академично сътрудничество на университета в Нагоя, наречена Център за интегрирани изследвания на бъдещата електроника, трансформиращи електронни съоръжения (C-TEFs), направи възможно разработването на новата UV лазерна технология. Под C-TEFs изследователи от партньори като Asahi Kasei споделят достъп до най-съвременните съоръжения в кампуса на университета в Нагоя, като им предоставят хората и инструментите, необходими за изграждане на възпроизводими висококачествени устройства.

Zhang Ziyi, представител на изследователския екип, беше втора година в Asahi Kasei, когато се включи в основаването на проекта. „Исках да направя нещо ново“, каза той в интервю. „Тогава всички предполагаха, че дълбокият ултравиолетов лазерен диод е невъзможен, но професор Амано ми каза: „Стигнахме до синия лазер, сега е време за ултравиолетовия“.

Това изследване е крайъгълен камък в практическото приложение и разработване на полупроводникови лазери във всички диапазони на дължини на вълните. В бъдеще UV-C LD могат да се прилагат в здравеопазването, откриване на вируси, измерване на частици, газов анализ и висока разделителна способност лазер обработка.

„Прилагането му в технологията за стерилизация може да бъде новаторско“, каза Джан. „За разлика от настоящите методи за LED стерилизация, които са неефективни във времето, лазерите могат да дезинфекцират големи площи за кратко време и на големи разстояния“. Тази технология може да бъде особено полезна за хирурзи и медицински сестри, които се нуждаят от стерилизирани операционни зали и чешмяна вода.

Успешните резултати са докладвани в две статии в Писма по приложна физика.

Повече информация:
Hiroshi Amano et al, Локален контрол на напрежението за потискане на генерирането на дислокации за псевдоморфно отглеждани AlGaN UV-C лазерни диоди, Писма по приложна физика (2022). DOI: 10.1063/5.0124512

Hiroshi Amano et al, Ключови зависими от температурата характеристики на базиран на AlGaN UV-C лазерен диод и демонстрация на генерация с непрекъсната вълна при стайна температура, Писма по приложна физика (2022). DOI: 10.1063/5.0124480

Предоставена от
Университет Нагоя


Цитат: Учените демонстрират първото в света лазерно излъчване с непрекъсната вълна на дълбок ултравиолетов лазерен диод при стайна температура (2022 г., 24 ноември), извлечено на 24 ноември 2022 г. от https://phys.org/news/2022-11-scientists-world-continuous-wave -lasing-deep-ultraviolet.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяко честно отношение за целите на частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писмено разрешение. Съдържанието се предоставя само за информационни цели.