Fig. 1 Diagrama esquemático do dispositivo de geração de segundo harmônico (SHG) de microcavidade monolítica de GaN em uma estrutura de pedestal de Si. Crédito:Universidade de Osaka
Pesquisadores da Escola de Graduação em Engenharia e do Centro de Informação Quântica e Biologia Quântica da Universidade de Osaka revelaram um novo dispositivo de geração de segundo harmônico (SHG) de estado sólido que converte radiação infravermelha em luz azul. Este trabalho pode levar a uma fonte de luz ultravioleta profunda de uso diário prático para esterilização e desinfecção.
Recentemente, fontes de luz ultravioleta profunda (DUV) têm atraído muita atenção na esterilização e desinfecção. A fim de obter um efeito bactericida e, ao mesmo tempo, garantir a segurança do usuário, uma faixa de comprimento de onda de 220-230 nm é desejável. Mas as fontes de luz DUV nesta faixa de comprimento de onda que são duráveis e altamente eficientes ainda não foram desenvolvidas. Embora os dispositivos de conversão de comprimento de onda sejam candidatos promissores, materiais de conversão de comprimento de onda ferroelétricos convencionais não podem ser aplicados a dispositivos DUV devido à borda de absorção.
Uma vez que semicondutores de nitreto, como nitreto de gálio e nitreto de alumínio têm não linearidade óptica relativamente alta, eles podem ser aplicados a dispositivos de conversão de comprimento de onda. Devido à sua transparência a 210 nm, nitreto de alumínio é particularmente adequado para dispositivos de conversão de comprimento de onda DUV. Contudo, a realização de estruturas com polaridade invertida periodicamente, como dispositivos de conversão de comprimento de onda ferroelétricos convencionais, tem se mostrado bastante difícil.
Os pesquisadores propuseram um novo dispositivo monolítico de conversão de comprimento de onda de microcavidade sem uma estrutura invertida de polaridade. Uma onda fundamental é aumentada significativamente na microcavidade com dois refletores Bragg distribuídos (DBR), e ondas secundárias de contra-propagação são eficientemente emitidas em fase de um lado. Como o primeiro passo para uma fonte de luz DUV prática, um dispositivo de microcavidade de nitreto de gálio foi fabricado por meio de tecnologia de microfabricação, incluindo corrosão seca e corrosão úmida anisotrópica para paredes laterais DBR verticais e lisas. Ao obter uma onda SH azul, a eficácia do conceito proposto foi demonstrada com sucesso.
Fig. 2 Imagens SEM do dispositivo SHG. (a) e (b) Dispositivo SHG de microcavidade monolítica GaN em uma estrutura de pedestal de Si, (c) Vista da parede lateral de GaN do dispositivo SHG. Crédito:Universidade de Osaka
"Nosso dispositivo pode ser adaptado para usar uma gama mais ampla de materiais. Eles podem ser aplicados à emissão de luz ultravioleta profunda ou até mesmo à geração de pares de fótons de banda larga, "O autor sênior Masahiro Uemukai diz. Os pesquisadores esperam que, porque essa abordagem não depende de materiais ou estruturas periodicamente invertidas, tornará futuros dispositivos ópticos não lineares mais fáceis de construir.
Fig. 3 Imagem da câmera digital de emissão de luz azul segundo harmônico com um comprimento de onda de 428 nm usando um filtro de corte de infravermelho. Crédito:Universidade de Osaka
