研究人员创造出既能杀死表面病原体又对人体安全的光学装置
发布时间：2023-09-12 09:55:19 阅读数： 23
使用极性反转氮化铝结构的波长转换装置。资料来源：Hiroto Honda
人们早就知道紫外线（UV）有助于杀死致病病原体，而 COVID-19 大流行则使人们开始关注这些技术如何清除环境中的病菌。然而，能够直接发出所需深紫色波长光线的准分子灯和发光二极管通常效率较低或寿命较短。此外，错误波长的紫外线实际上可能对人体细胞有害。
现在，由大阪大学研究人员领导的研究小组展示了如何利用氮化铝制成的光学设备产生深紫外光，其方法与以往的方法完全不同。研究小组利用了一种名为 "二次谐波发生 "的过程，该过程依赖于光子或光粒子的频率与其能量成正比这一事实。这项研究发表在《应用物理快报》（Applied Physics Express）杂志上。
大多数透明材料对光的反应被认为是 "线性 "的，即光子之间不能相互作用。然而，在某些 "非线性 "材料中，两个光子可以结合成一个光子，其能量是原来的两倍，因此频率也是原来的两倍。
在这种情况下，两个可见光光子可以在不到一微米宽的氮化铝波导内合并成一个深紫外光光子。波导是一种透明材料通道，其物理尺寸的选择是为了让所需频率的光能够轻松传播。波导有助于利用材料的非线性光学特性，从而以最高效率产生二次谐波。
制作的极性倒置氮化铝波导的扫描电镜图像。资料来源：Hiroto Honda
检测到的 DUV 光信号。资料来源：Hiroto Honda
"我们用于深紫外光发生的新制造方法借鉴了半导体加工技术，可以精确控制氮化铝晶体的取向。这在过去是很难实现的，"领衔作者本田广人解释说。
原型设备产生的紫外线波长范围非常窄，能量足以杀死病菌，但对人体基本无害。
"资深作者 Ryuji Katayama 说："我们项目的成果有助于表明，在不牺牲人类安全的前提下，深度紫外线消毒工具可以实现紧凑和高效。研究人员希望改进这种方法，生产出能耗比以前更低的商用设备。
参考资料
Hiroto Honda et al, 229 nm far-ultraviolet second harmonic generation in a vertical polarity inverted AlN bilayer channel waveguide, Applied Physics Express (2023). DOI: 10.35848/1882-0786/acda79
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