雖然人們早就知道紫外線(UV)可以幫助殺死致病病原體，但COVID-19大流行使人們關(guān)注這些技術(shù)如何消除環(huán)境中的細(xì)菌。然而，能夠直接在所需的深紫外波長下發(fā)射光的準(zhǔn)分子燈和LED燈通常效率低或壽命短。此外，錯誤波長的UV光實際上可能對人體細(xì)胞有害。

 現(xiàn)在，由大阪大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個團(tuán)隊展示了如何用一種由氮化鋁制成的光學(xué)器件產(chǎn)生深紫外光，這種方法與以往的方法完全不同。該團(tuán)隊使用了一種名為“二次諧波產(chǎn)生”的過程，該過程依賴于光子或光粒子的頻率與其能量成正比這一事實。這項研究發(fā)表在《應(yīng)用物理快報》雜志上。

一種基于極性倒置AlN結(jié)構(gòu)的波長轉(zhuǎn)換器件制造技術(shù)

大多數(shù)透明材料在對光的反應(yīng)方面被認(rèn)為是“線性的”，即光子不能相互作用。然而，在某些“非線性”材料中，兩個光子可以結(jié)合成一個具有兩倍能量的單個光子，因此，頻率是兩倍。

 在這種情況下，光子可以被分離成兩個光子，然后通過光的反射和折射來產(chǎn)生光。在這種情況下，兩個可見光子可以在不到一微米寬的氮化鋁波導(dǎo)內(nèi)合并成一個單一的深紫外光子。波導(dǎo)是一種透明材料的通道，其物理尺寸經(jīng)過選擇，以便所需頻率的光可以輕松傳播。波導(dǎo)有助于利用材料的非線性光學(xué)特性，以便以最高效率產(chǎn)生二次諧波。

首席作者Hiroto Honda解釋道：“我們用于產(chǎn)生深紫外光的新型制造方法借鑒了半導(dǎo)體加工的技術(shù)，這使得可以精確控制氮化鋁晶體的方向。這在過去是很難實現(xiàn)的”。

原型設(shè)備產(chǎn)生的紫外光波長在一個非常狹窄的范圍內(nèi)，有足夠的能量殺死細(xì)菌，但對人體基本無害。

資深作者Ryuji Katayama說：“我們的項目結(jié)果有助于表明，在不犧牲人類安全的情況下，深紫外消毒工具的緊湊性和效率是可能的”。研究人員希望改進(jìn)這種方法，以生產(chǎn)比以前的選項消耗更少能量的商用設(shè)備。

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