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Source de lumière UV profonde pour la stérilisation et la désinfection

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Les chercheurs construisent une microcavité optique en nitrure de gallium avec des réflecteurs de Bragg distribués à haute réflectivité pour doubler la fréquence de la lumière entrante, qui peut être utilisée pour une source de lumière UV profonde sûre et pratique avec des effets bactéricides.

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Les 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 l'état solide qui convertit le rayonnement infrarouge en lumière bleue. Ces travaux pourraient déboucher sur une source de lumière ultraviolette profonde à usage quotidien pour la stérilisation et la désinfection.

Récemment, les sources de lumière ultraviolette profonde (DUV) ont attiré beaucoup d'attention dans le domaine de la stérilisation et de la désinfection. Pour obtenir un effet bactéricide tout en garantissant la sécurité des utilisateurs, une gamme de longueurs d'onde de 220-230 nm est souhaitable. Mais les sources de lumière DUV dans cette gamme de longueur d'onde qui sont à la fois durables et hautement efficaces n'ont pas encore été développées. Bien que les dispositifs de conversion de longueur d'onde soient des candidats prometteurs, les matériaux ferroélectriques classiques de conversion de longueur d'onde ne peuvent pas être appliqués aux dispositifs DUV en raison du bord d'absorption.

Les semi-conducteurs à base de nitrure, tels que le nitrure de gallium et le nitrure d'aluminium, ayant une non-linéarité optique relativement élevée, ils peuvent être appliqués aux dispositifs de conversion de longueur d'onde. En raison de sa transparence jusqu'à 210 nm, le nitrure d'aluminium est particulièrement adapté aux dispositifs de conversion de longueur d'onde DUV. Cependant, la réalisation de structures à polarité périodiquement inversée comme les dispositifs de conversion de longueur d'onde ferroélectriques classiques 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 les ondes harmoniques secondaires se propageant en sens inverse sont efficacement émises en phase d'un côté. En tant que première étape vers une source de lumière DUV pratique, un dispositif de microcavité en nitrure de gallium a été fabriqué via la technologie de microfabrication, y compris la gravure sèche et la gravure humide anisotrope pour les parois latérales verticales et lisses du DBR. En obtenant une onde SH bleue, l'efficacité du concept proposé a été démontrée avec succès.

"Notre dispositif peut être adapté pour utiliser une gamme plus large de matériaux. Il peut être appliqué à l'émission de lumière dans l'ultraviolet profond ou même à la génération de paires de photons à large bande", déclare l'auteur principal Masahiro Uemukai. Les chercheurs espèrent que, comme cette approche ne repose pas sur des matériaux ou des structures périodiquement inversées, elle rendra les futurs dispositifs optiques non linéaires plus faciles à construire.