Исследователи из университета Нагоя под руководством лауреата Нобелевской премии по физики Хироши Амано успешно провели первую в мире непрерывную генерацию глубокого ультрафиолетового излучения при комнатной температуре с помощью лазерного диода. Устройство, разработанное учеными, создает волны с частотой менее 280 нм (дальний ультрафиолет, УФ-С).
Демонстрация первого непрерывного диода дальнего ультрафиолетового излучения. Видео: Nagoya University’s Institute of Materials and Systems for Sustainability
Еще в 2019 году исследовательская группа создала коротковолновый ультрафиолетовый-видимый (УФ-С) лазерный диод, работающий с помощью коротких импульсов тока. Однако входная мощность, необходимая для создания этих импульсов, составляла 5,2 Вт. Это было слишком много для непрерывной генерации, поскольку мощность вызывала быстрый нагрев диода и прекращение его работы.
В новой работе, опубликованной в журнале Applied Physics Letters, физики изменили структуру устройства, уменьшив мощность привода, необходимую для работы лазера, всего до 1,1 Вт при комнатной температуре. Ученые обнаружили, что ранее созданные устройства требовали высокой мощности из-за дефектов кристалла, возникающих на лазерной полоске.
Схема устройство и развитие лазерных диодов. Изображение: Issey Takahashi, Nagoya University’s Institute of Materials and Systems for Sustainability
Дальнейший анализ показал, что эти дефекты возникают из-за деформации кристалла. Подобрав правильные боковые стенки лазерной полоски, ученые подавили дефекты, добившись эффективного протекания тока в активную область лазерного диода и снизив рабочую мощность.
Лазерные диоды нашли широкое применение в самых разных сферах. Например, инфракрасное излучение применяется в устройствах оптического излучения, а синее — в дисках Blu-Ray. Авторы разработки полагают, что новая технология для создания УФ-С-излучения пригодится в здравоохранении, обнаружении вирусов, измерении твердых частиц, анализе газов и лазерной обработке с высоким разрешением.
Особенно исследователи отмечают перспективы использования новых диодов для стерилизации воздуха и очистки воды.
В отличие от нынешних методов светодиодной стерилизации, которые требуют большого количества времени, лазеры могут дезинфицировать большие площади за короткое время и на больших расстояниях.
Чжан Цзыи, соавтор исследования
