Onderzoekers van de Chalmers University of Technology, met medewerkers van de Technische Universität Berlin, hebben de kortste golflengte ooit aangetoond van een oppervlakte-emitterende laser met verticale holte (VCSEL). Dit kan de weg vrijmaken voor toekomstig gebruik in, bijvoorbeeld, desinfectie en medische behandeling. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Fotonica .

"Hoewel er nog veel werk aan de winkel is, vooral om elektrisch aangedreven apparaten mogelijk te maken, deze demonstratie vormt een belangrijke bouwsteen voor de realisatie van praktische VCSEL's die het grootste deel van het UV-spectrale bereik bestrijken, " zegt Filip Hjort, doctoraat student aan het Photonics Laboratory van MC2 en eerste auteur van het artikel.

Een oppervlakte-emitterende laser met verticale holte (VCSEL) is een compacte halfgeleiderlaser en wordt op grote schaal toegepast in, bijvoorbeeld, gezichtsherkenning in smartphones en voor optische communicatie in datacenters. Tot dusver, deze lasers zijn alleen in de handel verkrijgbaar met rode en infrarode golflengten, maar ook andere zichtbaar-emitterende VCSEL's, die toepassingen zouden kunnen vinden in adaptieve koplampen voor auto's of projectieschermen, zal binnenkort worden gecommercialiseerd.

"Als het golflengtebereik verder zou kunnen worden geduwd, in het ultraviolet (UV), VCSEL's zouden zelfs nog breder kunnen worden gebruikt. UV-licht kan worden gebruikt voor desinfectie, materiaal uitharden, fluorescentie-excitatie, en medische behandeling, en UV-emitterende VCSEL zou, bijvoorbeeld, worden gebruikt in compact water, lucht- en oppervlaktedesinfectiesystemen en voor de behandeling van huidziekten, ", zegt Filip Hjort.

Om UV-emissiegolflengten in ultraviolet B (280-320 nm) en ultraviolet C (200-280 nm) te realiseren, die nodig is voor de meeste van deze toepassingen, het lasermedium moet van AlGaN zijn. De onderzoeksgroep van Åsa Haglund, Professor aan het Fotonica Laboratorium bij MC2, eerder hebben, samen met hun medewerkers aan de Technische Universität Berlin, demonstreerde een elektrochemische etsmethode die kan worden gebruikt om specifieke AlGaN-lagen selectief te etsen. In hun huidige werk de twee onderzoeksgroepen gebruiken deze methode om 's werelds eerste optisch gepompte UVB-emitterende VCSEL te creëren.

"Door de elektrochemische etstechniek te gebruiken om het substraat te verwijderen en gladde AlGaN-membranen te creëren, we hebben een al lang bestaand probleem voor UV-VCSEL's opgelost. VCSEL's hebben twee spiegels nodig met een reflectiviteit van meer dan 99% en deze kunnen worden gemaakt met behulp van epitaxiale groei of diëlektrische materialen. Echter, reflectiviteiten die hoog in de UVB of UVC niet zijn bereikt met behulp van epitaxiale groei, en de typische substraatverwijderingsmethoden die worden gebruikt om de afzetting van de tweede diëlektrische spiegel in blauw-emitterende VCSEL's mogelijk te maken, zijn niet geschikt voor AlGaN, " legt Hjort uit. "Door elektrochemisch etsen toe te passen, we waren in staat om AlGaN-membranen te maken die we tussen twee sterk reflecterende diëlektrische spiegels konden plaatsen. Op deze manier, we vormden een verticale holte die las onder optisch pompen."

De nieuwe demonstratie is de VCSEL met de kortste golflengte die ooit is gerapporteerd en de elektrochemische etstechniek kan ook worden uitgebreid tot UVC-golflengten die nodig zijn voor sterilisatietoepassingen om, bijvoorbeeld, toekomstige pandemieën bestrijden en zorgen voor schoon drinkwater.