Il primo continuo al mondo

Di Nagoya University24 novembre 2022

I ricercatori hanno condotto con successo il primo laser al mondo a onda continua a temperatura ambiente di un diodo laser nell'ultravioletto profondo. Credito: 2022 Asahi Kasei Corp. e Università di 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'Istituto di materiali e sistemi per la sostenibilità (IMaSS) dell'Università di Nagoya nel Giappone centrale, in collaborazione con Asahi Kasei Corporation, ha

Da quando sono stati introdotti negli anni '60, e dopo decenni di ricerca e sviluppo, è stata finalmente raggiunta con successo la commercializzazione dei diodi laser (LD) per una serie di applicazioni con lunghezze d'onda che vanno dall'infrarosso al blu-violetto. Esempi di questa tecnologia includono dispositivi di comunicazione ottica con LD a infrarossi e dischi blu-ray che utilizzano LD blu-viola. Tuttavia, nonostante gli sforzi dei gruppi di ricerca di tutto il mondo, nessuno è riuscito a sviluppare LD nell’ultravioletto profondo. Una svolta fondamentale si è verificata solo dopo il 2007 con l’emergere della tecnologia per fabbricare substrati di nitruro di alluminio (AlN), un materiale ideale per la crescita di pellicole di nitruro di alluminio e gallio (AlGaN) per dispositivi che emettono luce UV.

Per la prima volta al mondo, gli scienziati dimostrano l'utilizzo di un diodo laser a onda continua nell'ultravioletto profondo a temperatura ambiente. Credito: Issey Takahashi

A partire dal 2017, il gruppo di ricerca del professor Amano, in collaborazione con Asahi Kasei, la società che ha fornito substrati AlN da 2 pollici, ha iniziato a sviluppare un LD nell’ultravioletto profondo. Inizialmente, l’iniezione di corrente sufficiente nel dispositivo era troppo difficile, impedendo l’ulteriore sviluppo dei diodi laser UV-C. Ma nel 2019, il gruppo di ricerca ha risolto con successo questo problema utilizzando una tecnica di doping indotta dalla polarizzazione. Per la prima volta, hanno prodotto un LD ultravioletto-visibile (UV-C) a lunghezza d’onda corta che funziona con brevi impulsi di corrente. Tuttavia, la potenza in ingresso richiesta per questi impulsi di corrente era di 5,2 W. Questa era troppo elevata per il laser a onda continua perché la potenza avrebbe causato il rapido riscaldamento del diodo e l'arresto del laser.

Ma ora, i ricercatori dell’Università di Nagoya e Asahi Kasei hanno rimodellato la struttura del dispositivo stesso, riducendo la potenza di azionamento necessaria affinché il laser funzioni a soli 1,1 W a temperatura ambiente. Si è scoperto che i dispositivi precedenti richiedevano elevati livelli di potenza operativa a causa dell'incapacità di percorsi di corrente efficaci a causa dei difetti dei cristalli che si verificano sulla striscia laser. Ma in questo studio, i ricercatori hanno scoperto che la forte tensione dei cristalli crea questi difetti. Adattando in modo intelligente le pareti laterali della striscia laser, hanno eliminato i difetti, ottenendo un flusso di corrente efficiente nella regione attiva del diodo laser e riducendo la potenza operativa.