Fig. 1 Schema di un dispositivo di microcavità monolitica di GaN di seconda generazione armonica (SHG) su una struttura a piedistallo in Si. Credito:Università di Osaka
I ricercatori della Graduate School of Engineering e del Center for Quantum Information and Quantum Biology dell'Università di Osaka hanno presentato un nuovo dispositivo a stato solido di seconda generazione di armoniche (SHG) che converte la radiazione infrarossa in luce blu. Questo lavoro può portare a una pratica fonte di luce ultravioletta profonda per l'uso quotidiano per la sterilizzazione e la disinfezione.
Recentemente, le sorgenti di luce ultravioletta profonda (DUV) hanno attirato molta attenzione nella sterilizzazione e nella disinfezione. Al fine di realizzare un effetto battericida garantendo la sicurezza dell'utente, è desiderabile un intervallo di lunghezze d'onda di 220-230 nm. Tuttavia, non sono ancora state sviluppate sorgenti luminose DUV in questa gamma di lunghezze d'onda che siano sia durevoli che altamente efficienti. Sebbene i dispositivi di conversione della lunghezza d'onda siano candidati promettenti, i materiali di conversione della lunghezza d'onda ferroelettrici convenzionali non possono essere applicati ai dispositivi DUV a causa del bordo di assorbimento.
Poiché i semiconduttori di nitruro come il nitruro di gallio e il nitruro di alluminio hanno una non linearità ottica relativamente elevata, possono essere applicati a dispositivi di conversione della lunghezza d'onda. Grazie alla sua trasparenza a 210 nm, il nitruro di alluminio è particolarmente adatto per i dispositivi di conversione della lunghezza d'onda DUV. Però, realizzare strutture con polarità periodicamente invertita come i dispositivi di conversione di lunghezza d'onda ferroelettrici convenzionali si è rivelato piuttosto difficile.
I ricercatori hanno proposto un nuovo dispositivo di conversione della lunghezza d'onda a microcavità monolitica senza una struttura a polarità invertita. Un'onda fondamentale viene potenziata significativamente nella microcavità con due riflettori di Bragg distribuiti (DBR), e le onde di seconda armonica contro-propaganti sono emesse efficientemente in fase da un lato. Come primo passo verso una pratica sorgente luminosa DUV, un dispositivo di microcavità in nitruro di gallio è stato fabbricato tramite la tecnologia di microfabbricazione, inclusa mordenzatura a secco e mordenzatura a umido anisotropica per pareti laterali DBR verticali e lisce. Ottenendo un'onda SH blu, l'efficacia del concetto proposto è stata dimostrata con successo.
Fig. 2 Immagini SEM del dispositivo SHG. (a) e (b) dispositivo SHG a microcavità monolitica GaN su una struttura a piedistallo in Si, (c) Vista laterale del GaN del dispositivo SHG. Credito:Università di Osaka
"Il nostro dispositivo può essere adattato per utilizzare una gamma più ampia di materiali. Possono essere applicati all'emissione di luce ultravioletta profonda o persino alla generazione di coppie di fotoni a banda larga, " afferma l'autore senior Masahiro Uemukai. I ricercatori sperano che, poiché questo approccio non si basa su materiali o strutture periodicamente invertite, renderà i futuri dispositivi ottici non lineari più facili da costruire.
Fig. 3 Immagine della fotocamera digitale dell'emissione di luce blu della seconda armonica con una lunghezza d'onda di 428 nm utilizzando un filtro di taglio IR. Credito:Università di Osaka
