Fig. 1 Schéma d'un dispositif de génération de seconde harmonique (SHG) à microcavité monolithique GaN sur une structure de socle en Si. Crédit :Université d'Osaka
Des chercheurs de la Graduate School of Engineering et du Center for Quantum Information and Quantum Biology de l'Université d'Osaka ont dévoilé un nouveau dispositif de génération de seconde harmonique (SHG) à semi-conducteurs qui convertit le rayonnement infrarouge en lumière bleue. Ce travail peut conduire à une source de lumière ultraviolette profonde à usage quotidien pratique pour la stérilisation et la désinfection.
Récemment, les sources de lumière ultraviolette profonde (DUV) ont attiré beaucoup d'attention dans la stérilisation et la désinfection. Afin de réaliser un effet bactéricide tout en assurant la sécurité de l'utilisateur, une gamme de longueurs d'onde de 220-230 nm est souhaitable. Mais les sources lumineuses DUV dans cette gamme de longueurs d'onde qui sont à la fois durables et très efficaces n'ont pas encore été développées. Bien que les dispositifs de conversion de longueur d'onde soient des candidats prometteurs, les matériaux de conversion de longueur d'onde ferroélectrique conventionnels ne peuvent pas être appliqués aux dispositifs DUV en raison du bord d'absorption.
Étant donné que les semi-conducteurs au nitrure tels que le nitrure de gallium et le nitrure d'aluminium ont une non-linéarité optique relativement élevée, ils peuvent être appliqués à des dispositifs de conversion de longueur d'onde. En raison de sa transparence à 210 nm, le nitrure d'aluminium est particulièrement adapté aux dispositifs de conversion de longueur d'onde DUV. Cependant, la réalisation de structures avec une polarité inversée périodiquement comme les dispositifs de conversion de longueur d'onde ferroélectriques conventionnels s'est avérée assez difficile.
Les chercheurs ont proposé un nouveau dispositif de conversion de longueur d'onde à microcavité monolithique sans structure à polarité inversée. Une onde fondamentale est renforcée de manière significative dans la microcavité avec deux réflecteurs de Bragg distribués (DBR), et des ondes de seconde harmonique contra-propagatives sont efficacement émises en phase d'un côté. Comme premier pas vers une source lumineuse DUV pratique, un dispositif à microcavité en nitrure de gallium a été fabriqué via une technologie de microfabrication, y compris la gravure sèche et la gravure humide anisotrope pour les parois latérales DBR verticales et lisses. En obtenant une onde SH bleue, l'efficacité du concept proposé a été démontrée avec succès.
Fig. 2 Images SEM du dispositif SHG. (a) et (b) dispositif SHG à microcavité monolithique GaN sur une structure de socle en Si, (c) Vue latérale GaN du dispositif SHG. Crédit :Université d'Osaka
"Notre dispositif peut être adapté pour utiliser une plus large gamme de matériaux. Ils peuvent être appliqués à l'émission de lumière ultraviolette profonde ou même à la génération de paires de photons à large bande, " dit l'auteur principal Masahiro Uemukai. Les chercheurs espèrent que, parce que cette approche ne repose pas sur des matériaux ou des structures inversées périodiquement, cela facilitera la construction des futurs dispositifs optiques non linéaires.
Fig. 3 Image d'une caméra numérique de l'émission de lumière bleue de seconde harmonique avec une longueur d'onde de 428 nm en utilisant un filtre de coupure IR. Crédit :Université d'Osaka
