2020年12月26日消息，查尔默斯理工大学的研究人员与柏林工业大学的合作伙伴，展示了迄今为止报道的波长最短的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。这为未来在消毒和医疗等方面的应用铺平了道路。该研究结果最近发表在科学杂志ACS Photonics上。

“虽然仍有许多工作要做,尤其是使电动设备,本文提供了一个重要的构建模块的实现实际VCSELs覆盖主要的紫外光谱范围的一部分,”菲利普Hjort说,博士生在光子学实验室MC2和这篇文章的第一作者。

光泵浦紫外B (UVB)垂直腔面发射激光器(VCSEL)的艺术图示。来源:NanoArt

垂直腔面发射激光器(VCSEL)是一种紧凑的半导体激光器，广泛应用于智能手机的人脸识别和数据中心的光通信等领域。到目前为止，这些激光器的商用波长仅为红色和红外，但其他可见发射VCSELs可以应用于汽车的自适应前大灯或投影显示器，很快就会商业化。

“如果将波长范围进一步扩大到紫外线(UV)， VCSELs将有更广泛的用途。UV光可以用于消毒、材料固化、荧光激发和医疗，而UV发射VCSEL，例如，可以用于紧凑的水、空气和表面消毒系统，以及治疗皮肤病，”Filip Hjort说。

为了实现紫外线B (280- 320nm)和紫外线C (200- 280nm)的紫外发射波长，这些应用大多都需要这种波长，激光介质必须由海藻制成。MC2光子学实验室的Asa Haglund教授的研究小组之前已经与他们在柏林理工大学的合作者一起演示了一种电化学蚀刻方法，该方法可用于选择性蚀刻特定的AlGaN层。在他们目前的工作中，这两个研究小组使用这种方法创造了世界上第一个光泵浦的uvb发射VCSEL。

“通过使用电化学蚀刻技术去除基底并制造光滑的藻类膜，我们解决了UV VCSELs长期存在的问题。VCSELs需要两个反射率超过99%的镜面，可以使用外延生长或介质材料制作。然而，使用外延生长并没有达到在UVB或UVC中如此高的反射率，而且用于在蓝色发射VCSELs中沉积第二介质镜的典型衬底去除方法并不适合AlGaN，”Hjort解释道。“通过电化学蚀刻，我们能够制造出夹在两个高度反射介质镜之间的海藻膜。通过这种方式，我们形成了一个在光泵浦下发出激光的垂直腔体。”

新的演示是有史以来报道的波长最短的VCSEL，电化学蚀刻技术也可扩展到UVC波长，这是灭菌应用所需要的，例如，对抗未来的流行病和提供清洁饮用水。