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(yè)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(fā)射激光器(VCSEL)。這為未來在消毒和醫(yī)療等方面的應用鋪平了道路。該研究結(jié)果最近發(fā)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(gòu)建模塊的實現(xiàn)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(fā)射激光器(VCSEL)的藝術圖示。來源:NanoArt

垂直腔面發(fā)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(shù)據(jù)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(fā)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(yè)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(fā)和醫(yī)療，而UV發(fā)射VCSEL，例如，可以用于緊湊的水、空氣和表面消毒系統(tǒng)，以及治療皮膚病，”Filip Hjort說。

為了實現(xiàn)紫外線B (280- 320nm)和紫外線C (200- 280nm)的紫外發(fā)射波長，這些應用大多都需要這種波長，激光介質(zhì)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(jīng)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(chuàng)造了世界上第一個光泵浦的uvb發(fā)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(zhì)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(fā)射VCSELs中沉積第二介質(zhì)鏡的典型襯底去除方法并不適合AlGaN，”Hjort解釋道。“通過電化學蝕刻，我們能夠制造出夾在兩個高度反射介質(zhì)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(fā)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。