Первый в мире непрерывный

Автор: Университет Нагои, 24 ноября 2022 г.

Исследователи успешно осуществили первую в мире непрерывную генерацию лазерного диода глубокого ультрафиолета при комнатной температуре. Фото: 2022 Корпорация Asahi Kasei и Университет Нагои.

Scientists have successfully conducted the world's first room-temperature continuous-wave lasing of a deep-ultraviolet laser diode (wavelengths down to UV-C region). These results represent a step toward the widespread use of a technology with the potential for a wide range of applications, including sterilization and medicine. Published today (November 24) in the jorunal Applied Physics LettersApplied Physics Letters (APL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Institute of Physics. It is focused on applied physics research and covers a broad range of topics, including materials science, nanotechnology, photonics, and biophysics. APL is known for its rapid publication of high-impact research, with a maximum length of three pages for letters and four pages for articles. The journal is widely read by researchers and engineers in academia and industry, and has a reputation for publishing cutting-edge research with practical applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Applied Physics Letters, the study was conducted by a research group led by 2014 Nobel laureate Hiroshi Amano at Nagoya UniversityNagoya University, sometimes abbreviated as NU, is a Japanese national research university located in Chikusa-ku, Nagoya. It was the seventh Imperial University in Japan, one of the first five Designated National University and selected as a Top Type university of Top Global University Project by the Japanese government. It is one of the highest ranked higher education institutions in Japan." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Институт материалов и систем устойчивого развития (IMaSS) Нагойского университета в центральной Японии в сотрудничестве с корпорацией Asahi Kasei Corporation

С момента их появления в 1960-х годах и после десятилетий исследований и разработок, наконец, была достигнута успешная коммерциализация лазерных диодов (ЛД) для ряда применений с длинами волн в диапазоне от инфракрасного до сине-фиолетового. Примеры этой технологии включают устройства оптической связи с инфракрасными светодиодами и сине-лучевые диски, использующие сине-фиолетовые светодиоды. Однако, несмотря на усилия исследовательских групп по всему миру, разработать ЛД глубокого ультрафиолета никому не удалось. Ключевой прорыв произошел только после 2007 года с появлением технологии изготовления подложек из нитрида алюминия (AlN), идеального материала для выращивания пленки нитрида алюминия-галлия (AlGaN) для устройств, излучающих УФ-излучение.

Впервые в мире ученые продемонстрировали непрерывную генерацию лазерного диода глубокого ультрафиолета при комнатной температуре. Кредит: Иссей Такахаши

Начиная с 2017 года исследовательская группа профессора Амано в сотрудничестве с Asahi Kasei, компанией, поставляющей 2-дюймовые подложки AlN, начала разработку ЛД для глубокого ультрафиолета. Поначалу подача достаточного тока в устройство была слишком сложной, что препятствовало дальнейшему развитию лазерных диодов UV-C. Но в 2019 году исследовательская группа успешно решила эту проблему, используя метод поляризационного легирования. Впервые они создали коротковолновый ультрафиолетовый и видимый (УФ-С) ЛД, работающий с короткими импульсами тока. Однако входная мощность, необходимая для этих импульсов тока, составляла 5,2 Вт. Это было слишком много для непрерывной генерации, поскольку такая мощность привела бы к быстрому нагреву диода и прекращению генерации.

Но теперь исследователи из Университета Нагои и Асахи Касей изменили структуру самого устройства, уменьшив мощность привода, необходимую для работы лазера, всего до 1,1 Вт при комнатной температуре. Было обнаружено, что более ранние устройства требуют высокого уровня рабочей мощности из-за невозможности создания эффективных путей тока из-за дефектов кристалла, возникающих на лазерной полоске. Но в этом исследовании исследователи обнаружили, что сильная деформация кристалла создает эти дефекты. Грамотно подогнав боковые стенки лазерной полоски, они подавили дефекты, добившись эффективного протекания тока в активную область лазерного диода и снизив рабочую мощность.