Le premier continu au monde

Par Nagoya University24 novembre 2022

Les chercheurs ont réalisé avec succès le premier laser à onde continue à température ambiante au monde d'une diode laser à ultraviolet profond. Crédit : 2022 Asahi Kasei Corp. et Université de Nagoya

Scientists have successfully conducted the world's first room-temperature continuous-wave lasing of a deep-ultraviolet laser diode (wavelengths down to UV-C region). These results represent a step toward the widespread use of a technology with the potential for a wide range of applications, including sterilization and medicine. Published today (November 24) in the jorunal Applied Physics LettersApplied Physics Letters (APL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Institute of Physics. It is focused on applied physics research and covers a broad range of topics, including materials science, nanotechnology, photonics, and biophysics. APL is known for its rapid publication of high-impact research, with a maximum length of three pages for letters and four pages for articles. The journal is widely read by researchers and engineers in academia and industry, and has a reputation for publishing cutting-edge research with practical applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Applied Physics Letters, the study was conducted by a research group led by 2014 Nobel laureate Hiroshi Amano at Nagoya UniversityNagoya University, sometimes abbreviated as NU, is a Japanese national research university located in Chikusa-ku, Nagoya. It was the seventh Imperial University in Japan, one of the first five Designated National University and selected as a Top Type university of Top Global University Project by the Japanese government. It is one of the highest ranked higher education institutions in Japan." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">L'Institut des matériaux et des systèmes pour la durabilité (IMaSS) de l'Université de Nagoya dans le centre du Japon, en collaboration avec Asahi Kasei Corporation, a

Depuis leur introduction dans les années 1960, et après des décennies de recherche et développement, la commercialisation réussie des diodes laser (LD) a finalement été réalisée pour un certain nombre d'applications avec des longueurs d'onde allant de l'infrarouge au bleu-violet. Des exemples de cette technologie comprennent des dispositifs de communication optique avec des LD infrarouges et des disques à rayons bleus utilisant des LD bleu-violet. Cependant, malgré les efforts de groupes de recherche du monde entier, personne n'a pu développer de DL ultraviolets profonds. Une percée clé n'a eu lieu qu'après 2007 avec l'émergence de la technologie de fabrication de substrats en nitrure d'aluminium (AlN), un matériau idéal pour la croissance d'un film de nitrure d'aluminium et de gallium (AlGaN) pour les dispositifs émettant de la lumière UV.

Dans le cadre d'une première mondiale, des scientifiques démontrent l'effet laser à onde continue d'une diode laser ultraviolette profonde à température ambiante. Crédit : Issey Takahashi

À partir de 2017, le groupe de recherche du professeur Amano, en coopération avec Asahi Kasei, la société qui a fourni des substrats AlN de 2 pouces, a commencé à développer un LD ultraviolet profond. Au début, une injection suffisante de courant dans l'appareil était trop difficile, empêchant le développement ultérieur des diodes laser UV-C. Mais en 2019, le groupe de recherche a résolu avec succès ce problème en utilisant une technique de dopage induite par la polarisation. Pour la première fois, ils ont produit un LD ultraviolet-visible (UV-C) à courte longueur d'onde qui fonctionne avec de courtes impulsions de courant. Cependant, la puissance d'entrée requise pour ces impulsions de courant était de 5,2 W. C'était trop élevé pour le laser à onde continue car la puissance entraînerait un réchauffement rapide de la diode et l'arrêt du laser.

Mais maintenant, des chercheurs de l'Université de Nagoya et d'Asahi Kasei ont remodelé la structure de l'appareil lui-même, réduisant la puissance d'entraînement nécessaire pour que le laser fonctionne à seulement 1,1 W à température ambiante. Il a été constaté que les dispositifs antérieurs nécessitaient des niveaux élevés de puissance de fonctionnement en raison de l'incapacité de chemins de courant efficaces en raison de défauts cristallins qui se produisent au niveau de la bande laser. Mais dans cette étude, les chercheurs ont découvert que la forte déformation cristalline crée ces défauts. En adaptant intelligemment les parois latérales de la bande laser, ils ont supprimé les défauts, obtenant un flux de courant efficace vers la région active de la diode laser et réduisant la puissance de fonctionnement.

La plate-forme de coopération industrie-université de l'Université de Nagoya, appelée Centre de recherche intégrée sur l'électronique du futur, installations d'électronique transformatrice (C-TEF), a rendu possible le développement de la nouvelle technologie laser UV. Dans le cadre des C-TEF, les chercheurs de partenaires tels qu'Asahi Kasei partagent l'accès à des installations de pointe sur le campus de l'Université de Nagoya, leur fournissant les personnes et les outils nécessaires pour construire des dispositifs reproductibles de haute qualité. Zhang Ziyi, un représentant de l'équipe de recherche, était dans sa deuxième année à Asahi Kasei lorsqu'il s'est impliqué dans la création du projet. "Je voulais faire quelque chose de nouveau", a-t-il déclaré dans une interview. "À l'époque, tout le monde supposait que la diode laser à ultraviolet profond était une impossibilité, mais le professeur Amano m'a dit :" Nous avons atteint le laser bleu, le moment est venu pour l'ultraviolet "."

This research is a milestone in the practical application and development of semiconductor lasers in all wavelength ranges. In the future, UV-C LDs could be applied to healthcare, virusA virus is a tiny infectious agent that is not considered a living organism. It consists of genetic material, either DNA or RNA, that is surrounded by a protein coat called a capsid. Some viruses also have an outer envelope made up of lipids that surrounds the capsid. Viruses can infect a wide range of organisms, including humans, animals, plants, and even bacteria. They rely on host cells to replicate and multiply, hijacking the cell's machinery to make copies of themselves. This process can cause damage to the host cell and lead to various diseases, ranging from mild to severe. Common viral infections include the flu, colds, HIV, and COVID-19. Vaccines and antiviral medications can help prevent and treat viral infections." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> détection de virus, mesure de particules, analyse de gaz et traitement laser haute définition. "Son application à la technologie de stérilisation pourrait être révolutionnaire", a déclaré Zhang. "Contrairement aux méthodes de stérilisation LED actuelles, qui sont peu efficaces en termes de temps, les lasers peuvent désinfecter de grandes surfaces en peu de temps et sur de longues distances". Cette technologie pourrait particulièrement profiter aux chirurgiens et aux infirmières qui ont besoin de salles d'opération stérilisées et d'eau du robinet.

Les résultats positifs ont été rapportés dans deux articles de la revue Applied Physics Letters.

Les références:

"Caractéristiques clés dépendant de la température de la diode laser UV-C à base d'AlGaN et démonstration du laser à onde continue à température ambiante" par Ziyi Zhang, Maki Kushimoto, Akira Yoshikawa, Koji Aoto, Chiaki Sasaoka, Leo J. Schowalter et Hiroshi Amano / 5.0124480

"Contrôle des contraintes locales pour supprimer la génération de dislocations pour les diodes laser AlGaN UV-C à croissance pseudomorphique" par Maki Kushimoto, Ziyi Zhang, Akira Yoshikawa, Koji Aoto, Yoshio Honda, Chiaki Sasaoka, Leo J. Schowalter et Hiroshi Amano, Applied Physics Letters .0124512