Mokslininkai demonstruoja pirmąjį pasaulyje nuolatinės bangos giliųjų ultravioletinių spindulių lazerinio diodo lazeravimą kambario temperatūroje


Pirmą kartą pasaulyje mokslininkai demonstruoja giliųjų ultravioletinių spindulių lazerinio diodo nuolatinės bangos lazeravimą kambario temperatūroje

Pirmą kartą pasaulyje mokslininkai demonstruoja giliųjų ultravioletinių spindulių lazerinio diodo nuolatinės bangos lazeravimą kambario temperatūroje. Kreditas: Issey Takahashi

2014 m. Nobelio premijos laureato Hiroshi Amano vadovaujama tyrimų grupė Nagojos universiteto Medžiagų ir sistemų tvarumui užtikrinti institute (IMaSS) centrinėje Japonijoje, bendradarbiaudama su korporacija Asahi Kasei, sėkmingai atliko pirmąjį pasaulyje nepertraukiamą giliųjų bangų lazeravimą kambario temperatūroje. -ultravioletinis lazerinis diodas (bangos ilgiai iki UV-C srities).

Šie rezultatai, paskelbti m Taikomosios fizikos raidėsyra žingsnis link plataus technologijos, galinčios pritaikyti įvairioms reikmėms, įskaitant sterilizacija ir medicina.

Nuo tada, kai jie buvo pristatyti septintajame dešimtmetyje, ir po dešimtmečius trukusių mokslinių tyrimų ir plėtros, pagaliau buvo sėkmingai panaudoti lazeriniai diodai (LD) įvairioms programoms, kurių bangos ilgiai svyruoja nuo infraraudonųjų iki mėlynai violetinių. Šios technologijos pavyzdžiai yra optinio ryšio įrenginiai su infraraudonųjų spindulių LD ir „Blu-ray“ diskai, kuriuose naudojami mėlynai violetiniai LD.

Tačiau, nepaisant viso pasaulio tyrimų grupių pastangų, niekas negalėjo sukurti giliųjų ultravioletinių LD. Pagrindinis lūžis įvyko tik po 2007 m., kai atsirado aliuminio nitrido (AlN) substratų gamybos technologija, kuri yra ideali medžiaga aliuminio galio nitrido (AlGaN) plėvelei auginti UV šviesą skleidžiantiems įrenginiams.






Kambario temperatūros nuolatinės bangos lazeravimo demonstravimas. Kreditas: 2022 m. Asahi Kasei Corp. ir Nagojos universitetas

Nuo 2017 m. profesoriaus Amano tyrimų grupė, bendradarbiaudama su Asahi Kasei, įmone, tiekiančia 2 colių AlN substratus, pradėjo kurti giliai ultravioletinį LD. Iš pradžių pakankamai srovės įpurškimas į įrenginį buvo per sunkus, todėl buvo užkirstas kelias tolesniam UV-C lazerinių diodų vystymuisi.

Tačiau 2019 m. tyrimo grupė sėkmingai išsprendė šią problemą, naudodama poliarizacijos sukeltą dopingo techniką. Pirmą kartą jie pagamino trumpo bangos ilgio ultravioletiniais spinduliais matomą (UV-C) LD, kuris veikia trumpais srovės impulsais. Tačiau, įėjimo galia Reikalinga šiems srovės impulsams buvo 5,2 W. Tai buvo per didelis nuolatinių bangų lazeravimui, nes dėl galios diodas greitai įkais ir nustotų lazeruoti.

Pirmą kartą pasaulyje mokslininkai demonstruoja giliųjų ultravioletinių spindulių lazerinio diodo nuolatinės bangos lazeravimą kambario temperatūroje

Tyrėjai, sėkmingai atlikę pirmąjį pasaulyje giliųjų ultravioletinių spindulių lazerinio diodo nenutrūkstamą bangą kambario temperatūroje. Kreditas: 2022 m. Asahi Kasei Corp. ir Nagojos universitetas

Tačiau dabar mokslininkai iš Nagojos universiteto ir Asahi Kasei pakeitė paties įrenginio struktūrą, sumažindami pavaros galią, reikalingą lazeriui veikti tik 1,1 W kambario temperatūroje. Nustatyta, kad ankstesniems įrenginiams reikėjo didelės darbinės galios, nes dėl kristalų defektų, atsirandančių ties lazerio juostele, nepavyko efektyviai nutiesti srovės. Tačiau šiame tyrime mokslininkai išsiaiškino, kad stiprus kristalų štamas sukuria šiuos defektus.

Sumaniai pritaikydami lazerio juostelės šonines sieneles, jie pašalino defektus, užtikrino efektyvų srovės srautą į aktyviąją lazerio diodo sritį ir sumažino veikimo galią.

Nagojos universiteto pramonės ir akademinio bendradarbiavimo platforma, pavadinta Integruotų ateities elektronikos tyrimų centru, transformuojamosios elektronikos įrenginiais (C-TEF), leido sukurti naują UV lazerio technologiją. Pagal C-TEF mokslininkai iš partnerių, tokių kaip Asahi Kasei, dalijasi prieiga prie naujausių įrenginių Nagojos universiteto miestelyje, suteikdami jiems žmones ir įrankius, kurių reikia norint sukurti atkuriamus aukštos kokybės įrenginius.

Zhang Ziyi, tyrimo grupės atstovas, studijavo antrus metus Asahi Kasei, kai įsitraukė į projekto steigimą. „Norėjau padaryti kažką naujo“, – sakė jis viename interviu. „Tuomet visi manė, kad giluminio ultravioletinio lazerio diodas yra neįmanomas, bet profesorius Amano man pasakė: „Mes pasiekėme mėlynąjį lazerį, dabar laikas ultravioletiniams spinduliams“.

Šis tyrimas yra svarbus puslaidininkinių lazerių praktinio pritaikymo ir kūrimo visuose bangų ilgių diapazonuose etapas. Ateityje UV-C LD gali būti taikomi sveikatos priežiūrai, virusų aptikimui, kietųjų dalelių matavimui, dujų analizei ir didelės raiškos sričiai. lazeris apdorojimas.

„Jo taikymas sterilizavimo technologijoms gali būti novatoriškas“, – sakė Zhang. “Skirtingai nuo dabartinių LED sterilizavimo metodų, kurie yra neefektyvūs laiko atžvilgiu, lazeriai gali dezinfekuoti didelius plotus per trumpą laiką ir didelius atstumus”. Ši technologija gali būti ypač naudinga chirurgams ir slaugytojams, kuriems reikia sterilizuotų operacinių ir vandens iš čiaupo.

Sėkmingi rezultatai buvo aprašyti dviejuose straipsniuose Taikomosios fizikos raidės.

Daugiau informacijos:
Hiroshi Amano ir kt., Vietinis streso valdymas, siekiant slopinti pseudomorfiškai auginamų AlGaN UV-C lazerinių diodų dislokacijos susidarymą, Taikomosios fizikos raidės (2022). DOI: 10.1063/5.0124512

Hiroshi Amano ir kt., Pagrindinės nuo temperatūros priklausomos AlGaN pagrindu pagaminto UV-C lazerinio diodo charakteristikos ir kambario temperatūros nuolatinės bangos lazeravimo demonstravimas, Taikomosios fizikos raidės (2022). DOI: 10.1063 / 5.0124480

Citata: Mokslininkai demonstruoja pirmąjį pasaulyje nuolatinės bangos giliųjų ultravioletinių spindulių lazerinio diodo lazeravimą kambario temperatūroje (2022 m. lapkričio 24 d.), gautą 2022 m. lapkričio 24 d. iš https://phys.org/news/2022-11-scientists-world-continuous-wave -lasing-deep-ultraviolet.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.