Fig. 1 Schematisk GaN-enhet med monolitisk mikrokavitet Second-Harmonic Generation (SHG) på en Si-piedestalstruktur. Kredit:Osaka University
Forskare från Graduate School of Engineering och Center for Quantum Information and Quantum Biology vid Osaka University avtäckte en ny solid state second-harmonic generation (SHG) enhet som omvandlar infraröd strålning till blått ljus. Detta arbete kan leda till en praktisk daglig användning av djupt ultraviolett ljuskälla för sterilisering och desinfektion.
Nyligen, djupa ultravioletta (DUV) ljuskällor har väckt stor uppmärksamhet vid sterilisering och desinfektion. För att uppnå en bakteriedödande effekt samtidigt som användarens säkerhet garanteras, ett våglängdsområde på 220-230 nm är önskvärt. Men DUV-ljuskällor i detta våglängdsområde som är både hållbara och högeffektiva har ännu inte utvecklats. Även om våglängdskonverteringsenheter är lovande kandidater, konventionella ferroelektriska våglängdskonverteringsmaterial kan inte appliceras på DUV-enheter på grund av absorptionskanten.
Eftersom nitridhalvledare som galliumnitrid och aluminiumnitrid har relativt hög optisk olinjäritet, de kan appliceras på våglängdskonverteringsanordningar. På grund av dess transparens till 210 nm, aluminiumnitrid är särskilt lämplig för DUV-våglängdskonverteringsanordningar. Dock, att realisera strukturer med periodiskt inverterad polaritet som konventionella ferroelektriska våglängdsomvandlingsanordningar har visat sig vara ganska svårt.
Forskarna föreslog en ny monolitisk mikrokavitetsvåglängdsomvandlingsanordning utan en polaritetsinverterad struktur. En grundvåg förstärks avsevärt i mikrokaviteten med två fördelade Bragg-reflektorer (DBR), och mot-propagerande andra övertonsvågor emitteras effektivt i fas från ena sidan. Som det första steget mot en praktisk DUV-ljuskälla, en mikrohålighetsanordning av galliumnitrid tillverkades via mikrotillverkningsteknik, inklusive torretsning och anisotropisk våtetsning för vertikala och släta DBR-sidoväggar. Genom att erhålla en blå SH-våg, effektiviteten av det föreslagna konceptet visades framgångsrikt.
Fig. 2 SEM-bilder av SHG-anordning. (a) och (b) GaN monolitisk mikrokavitets SHG-anordning på en Si-piedestalstruktur, (c) GaN sidovy av SHG-enhet. Kredit:Osaka University
"Vår enhet kan anpassas för att använda ett bredare utbud av material. De kan användas för emission av djupt ultraviolett ljus eller till och med bredbandsfotonpargenerering, " säger seniorförfattaren Masahiro Uemukai. Forskarna hoppas att eftersom detta tillvägagångssätt inte är beroende av material eller periodiskt inverterade strukturer, det kommer att göra framtida olinjära optiska enheter lättare att konstruera.
Fig. 3 Digitalkamerabild av blå andra harmoniska ljusemission med en våglängd på 428 nm med användning av ett IR-cutoff-filter. Kredit:Osaka University
