Chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, avec des collaborateurs de la Technische Universität Berlin, ont démontré la longueur d'onde la plus courte jamais signalée d'un laser à émission de surface à cavité verticale (VCSEL). Cela peut ouvrir la voie à une utilisation future dans, par exemple, désinfection et traitement médical. Les résultats ont été récemment publiés dans la revue scientifique ACS Photonique .

« Bien qu'il y ait encore beaucoup de travail à faire, notamment pour activer des dispositifs à entraînement électrique, cette démonstration fournit une brique de base importante pour la réalisation de VCSEL pratiques couvrant la majeure partie de la gamme spectrale UV, " dit Filip Hjort, doctorat étudiant au Laboratoire de Photonique du MC2 et premier auteur de l'article.

Un laser à émission de surface à cavité verticale (VCSEL) est un laser à semi-conducteur compact et a vu une application répandue dans, par exemple, reconnaissance faciale dans les smartphones et pour la communication optique dans les centres de données. Jusque là, ces lasers ne sont disponibles dans le commerce qu'avec des longueurs d'onde rouges et infrarouges, mais aussi d'autres VCSEL à émission visible, qui pourraient trouver des applications dans les phares adaptatifs pour voitures ou les écrans de projection, sera bientôt commercialisé.

"Si la gamme de longueurs d'onde pouvait être poussée plus loin, dans l'ultraviolet (UV), Les VCSEL pourraient trouver une utilisation encore plus large. La lumière UV peut être utilisée pour la désinfection, durcissement des matériaux, excitation de fluorescence, et traitement médical, et le VCSEL émettant des UV pourrait, par exemple, être utilisé dans l'eau compacte, systèmes de désinfection de l'air et des surfaces ainsi que pour le traitement des maladies de la peau, ", dit Filip Hjort.

Pour réaliser des longueurs d'onde d'émission UV dans l'ultraviolet B (280-320 nm) et l'ultraviolet C (200-280 nm), qui est nécessaire pour la plupart de ces applications, le support laser doit être en AlGaN. Le groupe de recherche d'Åsa Haglund, Professeur au Laboratoire de Photonique du MC2, avoir auparavant, avec leurs collaborateurs de la Technische Universität Berlin, a démontré une méthode de gravure électrochimique qui peut être utilisée pour graver sélectivement des couches d'AlGaN spécifiques. Dans leur travail actuel, les deux groupes de recherche utilisent cette méthode pour créer le premier VCSEL émettant des UVB à pompage optique au monde.

"En utilisant la technique de gravure électrochimique pour enlever le substrat et créer des membranes lisses en AlGaN, nous avons résolu un problème de longue date pour les VCSEL UV. Les VCSEL ont besoin de deux miroirs avec une réflectivité supérieure à 99% et ceux-ci peuvent être fabriqués en utilisant une croissance épitaxiale ou des matériaux diélectriques. Cependant, des réflectivités élevées dans l'UVB ou l'UVC n'ont pas été obtenues en utilisant la croissance épitaxiale, et les méthodes typiques d'enlèvement de substrat utilisées pour permettre le dépôt du deuxième miroir diélectrique dans les VCSEL à émission bleue ne conviennent pas à l'AlGaN, " explique Hjort. " En utilisant la gravure électrochimique, nous avons pu créer des membranes en AlGaN que nous pouvions prendre en sandwich entre deux miroirs diélectriques hautement réfléchissants. De cette façon, nous avons formé une cavité verticale qui fonctionne sous pompage optique."

La nouvelle démonstration est la longueur d'onde VCSEL la plus courte jamais signalée et la technique de gravure électrochimique est également extensible aux longueurs d'onde UVC qui sont nécessaires pour les applications de stérilisation à, par exemple, lutter contre les futures pandémies et fournir de l'eau potable.