Verdens korteste bølgelængde for en lodret hulrum overflade-emitterende laser demonstreret

Forskere ved Chalmers Tekniske Universitet, med samarbejdspartnere ved Technische Universität Berlin, har demonstreret den korteste bølgelængde, der nogensinde er rapporteret for en vertikal-kavitet overflade-emitterende laser (VCSEL). Dette kan bane vejen for fremtidig brug i, for eksempel, desinfektion og medicinsk behandling. Resultaterne blev for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift ACS Fotonik .

"Selvom der stadig er meget arbejde at gøre, især for at aktivere elektrisk drevne enheder, denne demonstration udgør en vigtig byggesten til realiseringen af ​​praktiske VCSEL'er, der dækker størstedelen af ​​UV-spektralområdet, siger Filip Hjort, Ph.D. studerende ved Fotoniklaboratoriet på MC2 og førsteforfatter til artiklen.

En vertikal-hulrum overflade-emitterende lasere (VCSEL) er en kompakt halvlederlaser og har været udbredt i, for eksempel, ansigtsgenkendelse i smartphones og til optisk kommunikation i datacentre. Indtil nu, disse lasere er kun tilgængelige kommercielt med røde og infrarøde bølgelængder, men også andre synligt-emitterende VCSEL'er, der kunne finde anvendelse i adaptive forlygter til biler eller projektionsskærme, vil snart blive kommercialiseret.

"Hvis bølgelængdeområdet kunne skubbes længere, ind i ultraviolet (UV), VCSEL'er kunne finde en endnu bredere anvendelse. UV-lys kan bruges til desinfektion, materialehærdning, fluorescens excitation, og medicinsk behandling, og UV-emitterende VCSEL kunne, for eksempel, bruges i kompakt vand, luft- og overfladedesinfektionssystemer samt til behandling af hudsygdomme, siger Filip Hjort.

For at realisere UV-emissionsbølgelængder i ultraviolet B (280-320 nm) og ultraviolet C (200-280 nm), som er nødvendig for de fleste af disse applikationer, lasermediet skal være lavet af AlGaN. Forskergruppen af ​​Åsa Haglund, Professor ved Fotoniklaboratoriet ved MC2, har tidligere, sammen med deres samarbejdspartnere ved Technische Universität Berlin, demonstreret en elektrokemisk ætsningsmetode, der kan bruges til selektivt at ætse specifikke AlGaN-lag. I deres nuværende arbejde, de to forskergrupper bruger denne metode til at skabe verdens første optisk pumpede UVB-emitterende VCSEL.

"Ved at bruge den elektrokemiske ætsningsteknik til at fjerne substratet og skabe glatte AlGaN-membraner, vi løste et langvarigt problem for UV VCSEL'er. VCSEL'er har brug for to spejle med over 99% reflektivitet, og disse kan enten laves ved hjælp af epitaksial vækst eller dielektriske materialer. Imidlertid, reflektiviteter med et højt UVB- eller UVC-niveau er ikke blevet opnået ved brug af epitaksial vækst, og de typiske metoder til fjernelse af substrat, der anvendes til at muliggøre afsætningen af ​​det andet dielektriske spejl i blå-emitterende VCSEL'er, er ikke egnede til AlGaN, " forklarer Hjort. "Ved at anvende elektrokemisk ætsning, vi var i stand til at skabe AlGaN-membraner, som vi kunne klemme mellem to stærkt reflekterende dielektriske spejle. På denne måde vi dannede et lodret hulrum, der læser under optisk pumpning."

Den nye demonstration er den korteste bølgelængde VCSEL, der nogensinde er rapporteret, og den elektrokemiske ætsningsteknik kan også udvides til UVC-bølgelængder, som er nødvendige for steriliseringsapplikationer til, for eksempel, bekæmpe fremtidige pandemier og sørge for rent drikkevand.