Primeiro Contínuo do Mundo

Por Universidade de Nagoya, 24 de novembro de 2022

Os pesquisadores conduziram com sucesso o primeiro laser de onda contínua em temperatura ambiente do mundo de um diodo de laser ultravioleta profundo. Crédito: 2022 Asahi Kasei Corp. e Universidade 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"}]">O Instituto de Materiais e Sistemas para Sustentabilidade (IMaSS) da Universidade de Nagoya, no centro do Japão, em colaboração com a Asahi Kasei Corporation,

Desde que foram introduzidos na década de 1960 e após décadas de pesquisa e desenvolvimento, a comercialização bem-sucedida de diodos laser (LDs) foi finalmente alcançada para várias aplicações com comprimentos de onda que variam do infravermelho ao azul-violeta. Exemplos dessa tecnologia incluem dispositivos de comunicação óptica com LDs infravermelhos e discos blue-ray usando LDs azul-violeta. No entanto, apesar dos esforços de grupos de pesquisa em todo o mundo, ninguém conseguiu desenvolver LDs ultravioletas profundos. Um avanço importante ocorreu somente após 2007 com o surgimento da tecnologia para fabricar substratos de nitreto de alumínio (AlN), um material ideal para o cultivo de filme de nitreto de gálio e alumínio (AlGaN) para dispositivos emissores de luz UV.

Pela primeira vez no mundo, cientistas demonstram laser de onda contínua de diodo laser ultravioleta profundo à temperatura ambiente. Crédito: Issey Takahashi

A partir de 2017, o grupo de pesquisa do professor Amano, em cooperação com a Asahi Kasei, empresa que fornecia substratos AlN de 2 polegadas, começou a desenvolver um LD ultravioleta profundo. No início, a injeção suficiente de corrente no dispositivo era muito difícil, impedindo o desenvolvimento de diodos laser UV-C. Mas em 2019, o grupo de pesquisa resolveu com sucesso esse problema usando uma técnica de dopagem induzida por polarização. Pela primeira vez, eles produziram um LD ultravioleta-visível (UV-C) de comprimento de onda curto que opera com pulsos curtos de corrente. No entanto, a potência de entrada necessária para esses pulsos de corrente era de 5,2 W. Isso era muito alto para o laser de onda contínua porque a potência faria com que o diodo esquentasse rapidamente e parasse o laser.

Mas agora, pesquisadores da Universidade de Nagoya e da Asahi Kasei reformularam a estrutura do próprio dispositivo, reduzindo a potência de acionamento necessária para que o laser opere em apenas 1,1 W em temperatura ambiente. Verificou-se que dispositivos anteriores exigiam altos níveis de potência operacional devido à incapacidade de caminhos de corrente efetivos devido a defeitos de cristal que ocorrem na faixa de laser. Mas neste estudo, os pesquisadores descobriram que a forte tensão do cristal cria esses defeitos. Por meio de uma adaptação inteligente das paredes laterais da faixa de laser, eles suprimiram os defeitos, alcançando um fluxo de corrente eficiente para a região ativa do diodo de laser e reduzindo a potência operacional.