2020年12月26日消息，查爾默斯理工大學的研究人員與柏林工業大學的合作伙伴，展示了迄今為止報道的波長最短的垂直腔面發射激光器(VCSEL)。這為未來在消毒和醫療等方面的應用鋪平了道路。該研究結果最近發表在科學雜志ACS Photonics上。
“雖然仍有許多工作要做,尤其是使電動設備,本文提供了一個重要的構建模塊的實現實際VCSELs覆蓋主要的紫外光譜范圍的一部分,”菲利普Hjort說,博士生在光子學實驗室MC2和這篇文章的第一作者。
光泵浦紫外B (UVB)垂直腔面發射激光器(VCSEL)的藝術圖示。來源:NanoArt
垂直腔面發射激光器(VCSEL)是一種緊湊的半導體激光器，廣泛應用于智能手機的人臉識別和數據中心的光通信等領域。到目前為止，這些激光器的商用波長僅為紅色和紅外，但其他可見發射VCSELs可以應用于汽車的自適應前大燈或投影顯示器，很快就會商業化。
“如果將波長范圍進一步擴大到紫外線(UV)， VCSELs將有更廣泛的用途。UV光可以用于消毒、材料固化、熒光激發和醫療，而UV發射VCSEL，例如，可以用于緊湊的水、空氣和表面消毒系統，以及治療皮膚病，”Filip Hjort說。
為了實現紫外線B (280- 320nm)和紫外線C (200- 280nm)的紫外發射波長，這些應用大多都需要這種波長，激光介質必須由海藻制成。MC2光子學實驗室的Asa Haglund教授的研究小組之前已經與他們在柏林理工大學的合作者一起演示了一種電化學蝕刻方法，該方法可用于選擇性蝕刻特定的AlGaN層。在他們目前的工作中，這兩個研究小組使用這種方法創造了世界上第一個光泵浦的uvb發射VCSEL。
“通過使用電化學蝕刻技術去除基底并制造光滑的藻類膜，我們解決了UV VCSELs長期存在的問題。VCSELs需要兩個反射率超過99%的鏡面，可以使用外延生長或介質材料制作。然而，使用外延生長并沒有達到在UVB或UVC中如此高的反射率，而且用于在藍色發射VCSELs中沉積第二介質鏡的典型襯底去除方法并不適合AlGaN，”Hjort解釋道?！巴ㄟ^電化學蝕刻，我們能夠制造出夾在兩個高度反射介質鏡之間的海藻膜。通過這種方式，我們形成了一個在光泵浦下發出激光的垂直腔體?！?/p>
新的演示是有史以來報道的波長最短的VCSEL，電化學蝕刻技術也可擴展到UVC波長，這是滅菌應用所需要的，例如，對抗未來的流行病和提供清潔飲用水。
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