康奈尔大学团队制造下一代深紫外激光器

基于 AlGaN 的器件可实现 284nm 的峰值增益和 0.1nm 量级线宽的模式 

3 月 11 日发表在 《AIP Advances》杂志上的一篇论文详细介绍了康奈尔大学的科学家们如何制备一种基于 AlGaN 的窄模式线宽深紫外激光器。

该激光器可在 284nm 实现峰值增益，模式线宽约为 0.1nm。线宽比同类器件低一个数量级。

“众所周知，这是一种合适的材料，但这是一个材料制备问题，”领导这项研究的应用和工程物理学博士生 Len van Deurzen 说。 “挑战在于使材料足够纯度，让它真正有用并满足激光器的要求。”

这是van Deurzen在2019冠状病毒流行时接受的挑战，当时紫外灯和其他能检测和消除SARS-CoV-2病毒的工具在市场上开始蓬勃发展。

在这篇论文资深作者Debdeep Jena和Huili Grace Xing的指导下，该团队利用分子束外延生长了一种高质量的氮化铝晶体。Debdeep Jena和Huili Grace Xing都是材料科学与工程和电气与计算机工程的教授。

“我们需要将多个AlGaN 层堆叠在一起，其中一个重要参数是这些层之间的界面质量，”van Deurzen 说。“我们可以生长非常陡峭的界面，也不会产生其他生长技术易引入的杂质和位错。”

第二个挑战是从堆叠层中创建一个光学腔，该腔可用于捕获发射的光并促进受激发射，这对于激光器来说是必需的。该腔体是在氮化铝芯片上以一个小型微米级谐振器的形式构建的，van Deurzen 使用康奈尔纳米科学技术设施进行了开发。

上图显示（a）双异质结构 AlGaN 激光器的示意图，（b）模拟的主要 TE 光学模式和折射率。 （c）在[0002]纤锌矿结构对称轴附近，（a）中量子异质结构的测量（蓝色）和模拟（红色）2θ-ωx射线衍射扫描。 (d) 具有不同原子台阶的 c 面原子力显微镜图像。

康奈尔大学的深紫外激光器是光泵浦的。根据Jena的说法，研究的下一步是使用相同的材料平台来实现电泵浦激光器——这是一种更实用的商用发光器件。

这篇论文的合著者包括博士生 Ryan Page、研究助理 Vladimir Protasenko 和 Kazuki Nomoto。该研究由美国能源部资助，并得到国家科学基金会资助的用户设施的支持。

参考资料

'Optically pumped deep-UV multimode lasing in AlGaN double heterostructure grown by molecular beam homoepitaxy' by Len van Deurzen et al; AIP Advances 12, 035023 (2022)

声明：本篇文章属于原创，拒绝转载，如果需要转载，请联系我们，联系电话：0755-25988571。