深紫外激光用于水质净化、传感

康奈尔大学的工程师们创造了一个采用半导体材料的深紫外激光器这为改善紫外线在医疗工具消毒、净化水、感应有害气体和实现精密光刻等方面的应用提供了巨大的希望。

说到紫外线，有两个重要的特性:频率(某些频率最适合摧毁病毒或感应分子)和线宽(激光精度的衡量标准)。科学家和工程师们一直在寻找更高质量、更高效的紫外线发射源，但与能实现这一目标的半导体材料合作具有挑战性。

“众所周知，这是一种合适的材料，但这是一个材料合成问题，”领导这项研究的应用与工程物理学博士生莱恩·范·德尔岑(Len van Deurzen)说。“挑战在于使材料足够纯净，使它们真正有用，并维持激光器的要求。”

在COVID-19大流行期间，紫外线led和其他能够检测和消除SARS-CoV-2病毒的工具的市场开始蓬勃发展，van Deurzen接受了这一挑战。

“我想要一个有影响力的研究项目，”范·德尔岑说，“大流行确实扩大了对改进紫外线设备的需求。”

在论文资深作者的指导下，Debdeep耶拿而且邢慧丽这位既是材料科学与工程教授，又是电气与计算机工程教授的研究团队使用分子束外延(一种晶体生长技术)生长出了高质量的氮化铝晶体。

van Deurzen说:“我们需要多个氮化铝镓层相互堆叠，其中一个重要参数是这些层之间的界面质量。”“我们可以培育出非常锋利的界面，而不会像其他生长技术那样产生杂质和错位。”

第二个挑战是从堆叠的层中创建一个光学腔，可以用来捕获发射的光并促进受激发射，这是激光所必需的。在康奈尔纳米科学技术设施的帮助下，van Deurzen在氮化铝芯片上以一个小的微米级谐振器的形式创建了这个腔。

“能够在同一栋大楼里的两个最先进的设施中种植材料和生产芯片，这是一种真正的特权，”van Deurzen说，他指的是达菲尔德大厅。“你只需要从三楼走到地下室。”

一旦完成，激光器能够实现284纳米波长的峰值增益和0.1纳米量级的模态线宽。线宽比类似设备精确一个数量级，并证明了增长方法对改进的紫外线发射器的适用性。

康奈尔大学的深紫外激光器是光泵浦的，这意味着它通过向设备输入光子来产生一定的激光要求。根据耶拿的说法，研究的下一步是使用相同的材料平台来实现由电池电流驱动的激光器，这是一种更实用的商业发光设备的能源。

“深紫外激光器可以说是半导体材料和设备的最终前沿，具有巨大的长期回报，”大卫·e·伯尔工程学教授和理查德·e·伦奎斯特五百年教员研究员耶拿说。“然而，这也是一种年轻的研究生可能遇到的问题，并产生立竿见影的影响。”

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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