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中国工程院外籍院士团队实现世界首次室温下深紫外二极管连续波激光发射

激光制造网 来源:老ONE2022-12-02 我要评论(0 )   

研究团队成功进行了全球首次深紫外激光二极管的室温连续波激光发射。据《激光制造网》了解,近日,《Applied Physics Letters(应用物理学快报)》发表了两篇关于室温下...

研究团队成功进行了全球首次深紫外激光二极管的室温连续波激光发射。

 

据《激光制造网》了解,近日,《Applied Physics Letters(应用物理学快报)》发表了两篇关于室温下连续发射深紫外激光二极管的研究论文,由中国工程院外籍院士、日本工程院院士、美国国家工程院院士、2014年诺贝尔物理奖得主、名古屋大学未来材料与系统研究所教授天野浩领导的研究小姐与日本化工企业旭化成公司合作,在室温状态下,首次成功进行了世界上连续波深-紫外激光二极管(波长低至UV-C区域)的发射。

这些结果标志着一项具有广泛应用潜力的技术朝着应用迈出了一步,比如消毒和医药领域。

2014年诺贝尔物理奖得主、中国工程院外籍院士、日本工程院院士、美国国家工程院院士、名古屋大学未来材料与系统研究所教授天野浩

 

自20世纪60年代推出以来,经过数十年的研究和开发,激光二极管(LD)终于成功实现了商业化,适用于从红外到蓝紫的多种应用。该技术的示例包括具有红外LD的光通信设备和使用蓝紫LD的蓝光光盘。然而,尽管世界各地的研究小组做出了努力,但没有人能够开发出深紫外激光二极管。关键的突破发生在2007年之后,因为制造氮化铝基板制造技术(AlN)出现了——氮化铝基板是生产紫外发光器件用氮化铝镓(AlGaN)膜的理想材料。

 

从2017年开始,天野浩教授的研究小组与提供2英寸AlN衬底的旭化成公司合作,开始开发深紫外LD。起初,向装置中注入足够的电流太困难,阻碍了UV-C激光二极管的进一步发展。但在2019年,该研究小组使用极化诱导掺杂技术成功解决了这一问题。他们第一次制造了一种短波长紫外-可见光(UV-C)激光器,该激光器以短脉冲电流工作。然而,这些电流脉冲所需的输入功率为5.2W。这对于连续波激光来说太高了,因为该功率会导致二极管快速升温并停止激射。

 

但现在,名古屋大学和旭化成公司的研究人员已经重造了设备本身的结构,将激光器在室温下运行所需的驱动功率降低至仅 1.1W。早期的器件被发现需要高水平的工作功率,这是因为激光条纹处出现的晶体缺陷,导致无法提供有效的电流路径。但在这项研究中,研究人员发现,强晶体应变造成了这些缺陷。通过巧妙地剪裁激光条纹的侧壁,它们抑制了缺陷,实现了流向激光二极管有源区的有效电流,并降低了工作功率。

 

名古屋大学的产学合作平台——未来电子集成研究中心的转换电子设施(C-TEF)使新的紫外激光技术的发展成为可能。在C-TEF下,旭化成公司等合作伙伴的研究人员可以共享名古屋大学校园内最先进的设施,为他们提供制造可复制的高质量设备所需的人员和工具。

 

这项研究在所有波长范围的半导体激光器的实际应用和发展中具有里程碑意义。未来,UV-C激光二极管可以应用于医疗保健、病毒检测、颗粒物测量、气体分析和高清激光处理。“它在杀菌技术上的应用可能是开创性的,”一位团队成员说,“与当前的LED消毒方法不同,激光可以在短时间内远距离对大面积区域进行消毒”。

 

参考文献:

“Key temperature-dependent characteristics of AlGaN-based UV-C laser diode and demonstration of room-temperature continuous-wave lasing” by Ziyi Zhang, Maki Kushimoto, Akira Yoshikawa, Koji Aoto, Chiaki Sasaoka, Leo J. Schowalter and Hiroshi Amano, 24 November 2022, Applied Physics Letters.DOI: 10.1063/5.0124480

 

“Local stress control to suppress dislocation generation for pseudomorphically grown AlGaN UV-C laser diodes” by Maki Kushimoto, Ziyi Zhang, Akira Yoshikawa, Koji Aoto, Yoshio Honda, Chiaki Sasaoka, Leo J. Schowalter and Hiroshi Amano, 24 November 2022, Applied Physics Letters.DOI: 10.1063/5.0124512

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