2020年12月26日消息，查爾默斯理工大學(xué)的研究人員與柏林工業(yè)大學(xué)的合作伙伴，展示了迄今為止報(bào)道的波長(zhǎng)最短的垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)。這為未來(lái)在消毒和醫(yī)療等方面的應(yīng)用鋪平了道路。該研究結(jié)果最近發(fā)表在科學(xué)雜志ACS Photonics上。

“雖然仍有許多工作要做,尤其是使電動(dòng)設(shè)備,本文提供了一個(gè)重要的構(gòu)建模塊的實(shí)現(xiàn)實(shí)際VCSELs覆蓋主要的紫外光譜范圍的一部分,”菲利普Hjort說(shuō),博士生在光子學(xué)實(shí)驗(yàn)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(shù)圖示。來(lái)源:NanoArt

垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)是一種緊湊的半導(dǎo)體激光器，廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)的人臉識(shí)別和數(shù)據(jù)中心的光通信等領(lǐng)域。到目前為止，這些激光器的商用波長(zhǎng)僅為紅色和紅外，但其他可見(jiàn)發(fā)射VCSELs可以應(yīng)用于汽車(chē)的自適應(yīng)前大燈或投影顯示器，很快就會(huì)商業(yè)化。

“如果將波長(zhǎng)范圍進(jìn)一步擴(kuò)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(shuō)。

為了實(shí)現(xiàn)紫外線B (280- 320nm)和紫外線C (200- 280nm)的紫外發(fā)射波長(zhǎng)，這些應(yīng)用大多都需要這種波長(zhǎng)，激光介質(zhì)必須由海藻制成。MC2光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Asa Haglund教授的研究小組之前已經(jīng)與他們?cè)诎亓掷砉ご髮W(xué)的合作者一起演示了一種電化學(xué)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(gè)研究小組使用這種方法創(chuàng)造了世界上第一個(gè)光泵浦的uvb發(fā)射VCSEL。

“通過(guò)使用電化學(xué)蝕刻技術(shù)去除基底并制造光滑的藻類(lèi)膜，我們解決了UV VCSELs長(zhǎng)期存在的問(wèn)題。VCSELs需要兩個(gè)反射率超過(guò)99%的鏡面，可以使用外延生長(zhǎng)或介質(zhì)材料制作。然而，使用外延生長(zhǎng)并沒(méi)有達(dá)到在UVB或UVC中如此高的反射率，而且用于在藍(lán)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(guò)電化學(xué)蝕刻，我們能夠制造出夾在兩個(gè)高度反射介質(zhì)鏡之間的海藻膜。通過(guò)這種方式，我們形成了一個(gè)在光泵浦下發(fā)出激光的垂直腔體。”

新的演示是有史以來(lái)報(bào)道的波長(zhǎng)最短的VCSEL，電化學(xué)蝕刻技術(shù)也可擴(kuò)展到UVC波長(zhǎng)，這是滅菌應(yīng)用所需要的，例如，對(duì)抗未來(lái)的流行病和提供清潔飲用水。