Onderzoekers van de Graduate School of Engineering en het Center for Quantum Information and Quantum Biology aan de Universiteit van Osaka hebben een nieuw solid state second-harmonic generation (SHG) apparaat onthuld dat infraroodstraling omzet in blauw licht. Dit werk kan leiden tot een praktische diep ultraviolette lichtbron voor dagelijks gebruik voor sterilisatie en desinfectie.

Onlangs, diep ultraviolet (DUV) lichtbronnen hebben veel aandacht getrokken bij sterilisatie en desinfectie. Om een ​​bacteriedodend effect te realiseren en tegelijkertijd de veiligheid van de gebruiker te waarborgen, een golflengtebereik van 220-230 nm is wenselijk. Maar DUV-lichtbronnen in dit golflengtebereik die zowel duurzaam als zeer efficiënt zijn, zijn nog niet ontwikkeld. Hoewel apparaten voor golflengteconversie veelbelovende kandidaten zijn, conventionele ferro-elektrische golflengteconversiematerialen kunnen vanwege de absorptierand niet worden toegepast op DUV-apparaten.

Aangezien nitridehalfgeleiders zoals galliumnitride en aluminiumnitride een relatief hoge optische niet-lineariteit hebben, ze kunnen worden toegepast op apparaten voor het omzetten van golflengten. Door zijn transparantie tot 210 nm, aluminiumnitride is bijzonder geschikt voor DUV-golflengteconversieapparaten. Echter, het realiseren van structuren met periodiek omgekeerde polariteit zoals conventionele ferro-elektrische golflengteconversieapparaten is behoorlijk moeilijk gebleken.

De onderzoekers stelden een nieuw monolithisch microcavity-golflengteconversie-apparaat voor zonder een polariteit-omgekeerde structuur. Een fundamentele golf wordt aanzienlijk verbeterd in de microholte met twee gedistribueerde Bragg-reflectoren (DBR), en tegengesteld voortplantende tweede harmonische golven worden efficiënt in fase uitgezonden vanaf de ene kant. Als eerste stap naar een praktische DUV-lichtbron, een galliumnitride microcavity-apparaat werd gefabriceerd via microfabricagetechnologie, inclusief droog etsen en anisotroop nat etsen voor verticale en gladde DBR-zijwanden. Door een blauwe SH-golf te verkrijgen, de effectiviteit van het voorgestelde concept werd met succes aangetoond.

"Ons apparaat kan worden aangepast om een ​​breder scala aan materialen te gebruiken. Ze kunnen worden toegepast op emissie van diep ultraviolet licht of zelfs op het genereren van breedbandfotonenparen, " zegt senior auteur Masahiro Uemukai. De onderzoekers hopen dat, omdat deze benadering niet afhankelijk is van materialen of periodiek omgekeerde structuren, het zal toekomstige niet-lineaire optische apparaten gemakkelijker maken om te bouwen.