Первая в мире непрерывная генерация глубокого ультрафиолетового лазерного диода (длины волн вплоть до области УФ-С) при комнатной температуре была завершена исследовательской группой из Института материалов и систем устойчивого развития Нагойского университета (IMaSS) в центральной Японии. режиссер Нобелевский лауреат 2014 года Хироши Амано.

Эти результаты, опубликованные в журнале  Applied Physics Letters , знаменуют собой важный шаг на пути к широкому внедрению технологии с потенциалом для многочисленных применений, таких как стерилизация и медицина.

После десятилетий исследований и разработок с момента их появления в 1960-х годах лазерные диоды (ЛД) наконец-то были успешно коммерциализированы для различных приложений с длинами волн в диапазоне от инфракрасного до сине-фиолетового. Примеры этой технологии включают диски синего излучения, в которых используются ультрафиолетовые LD, и устройства оптической связи с инфракрасными LD.

Однако создать ЛД глубокого ультрафиолета не удалось никому, несмотря на усилия исследовательских групп со всего мира. После 2007 года появилась технология создания подложек из нитрида алюминия (AlN), идеального материала для выращивания пленки нитрида алюминия-галлия (AlGaN) для устройств, излучающих УФ-излучение.

В 2017 году исследовательская группа профессора Амано в сотрудничестве с Asahi Kasei, поставщиком 2-дюймовых подложек AlN, начала разработку глубокого ультрафиолетового LD. Разработке лазерных диодов УФ-С изначально препятствовала невозможность подачи достаточного тока в устройство.

Но в 2019 году исследовательская группа использовала метод легирования, вызванный поляризацией, чтобы успешно решить эту проблему. Они создали ультрафиолетовый-видимый (UV-C) LD, который впервые использует короткие импульсы тока.

Хотя для этих импульсов тока требовалось всего 5,2 Вт входной мощности. Из-за мощности диод быстро нагревался и прекращал генерацию, что делало его слишком высоким для непрерывной генерации.

Структура устройства была изменена учеными из Университета Нагоя и Асахи Касей, что уменьшило мощность возбуждения, необходимую для работы лазера, всего на 1,1 Вт при комнатной температуре. Поскольку более ранние устройства не могли создавать эффективные пути тока из-за дефектов кристалла, которые возникали на лазерной полоске, было обнаружено, что для их работы требуется много энергии.

Однако исследователи обнаружили, что причиной этих недостатков в этом исследовании является сильная деформация кристалла. Они успешно подавили дефекты, обеспечив эффективное протекание тока в активную область лазерного диода и снизив рабочую мощность за счет искусной пошивки боковых стенок лазерной полоски.

Центр комплексных исследований будущей электроники, средств трансформационной электроники (C-TEF), платформа для сотрудничества между промышленностью и академическими кругами в Нагойском университете, позволил создать новую технологию УФ-лазера.

C-TEF предоставляют исследователям из Asahi Kasei доступ к передовым объектам в кампусе Университета Нагоя, предоставляя им людей и ресурсы, необходимые для создания надежных и высококачественных устройств.

Ziyi Zhang, член исследовательской группы, принял участие в запуске проекта, будучи еще студентом второго курса Asahi Kasei.

Я хотел сделать что-то новое. Тогда все считали, что лазерный диод глубокого ультрафиолета невозможен, но профессор Амано сказал мне: «Мы добрались до синего лазера, теперь пришло время ультрафиолета».

Цзыи Чжан, исследователь, Асахи Касей

Это исследование знаменует собой поворотный момент в практическом использовании и развитии полупроводниковых лазеров во всем спектре длин волн. В будущем лазеры UV-C можно будет использовать для лазерной обработки изображений высокого разрешения, обнаружения вирусов, измерения твердых частиц и анализа газов.

Чжан добавил: « Его применение в технологии стерилизации может стать новаторским. В отличие от современных методов светодиодной стерилизации, которые неэффективны по времени, лазеры могут дезинфицировать большие площади за короткое время и на больших расстояниях. ”

Для хирургов и медсестер, которым требуются стерильные операционные и водопроводная вода, эта технология может оказаться невероятно полезной.

Мощный УФ-лазер RFH QR-коды на нержавеющей стали

Ультрастабильный наносекундный УФ-лазер Expert III 355 10W12W15W