A supressão de defeitos permite laser UV profundo de onda contínua à temperatura ambiente

Os pesquisadores conseguiram fabricar o primeiro diodo laser UV profundo de ondas contínuas à temperatura ambiente, usando materiais semicondutores de banda larga. O dispositivo pode encontrar aplicações em novos sistemas de esterilização e para processamento a laser mais preciso.

Inventados na década de 1960, os diodos laser hoje operam em comprimentos de onda que variam do infravermelho ao azul-violeta, com aplicações como dispositivos de comunicação óptica e discos Blu-ray. Até agora, porém, eles não funcionavam na parte UV profunda do espectro eletromagnético.

Uma equipe liderada pelo ganhador do Nobel Hiroshi Amano no Instituto de Materiais e Sistemas para Sustentabilidade da Universidade de Nagoya (IMASS) começou a desenvolver diodos laser UV profundos em 2017, graças a uma colaboração com Asahi Kasei, a empresa que fabricou os primeiros substratos de nitreto de alumínio de 2 polegadas. Esses materiais são ideais para o cultivo de filmes de nitreto de alumínio e gálio (AlGaN) para dispositivos emissores de luz UV.

Os primeiros dispositivos fabricados pela equipe exigiam potências de entrada de 5.2 W, o que era muito alto para o laser de onda contínua porque aquecia o diodo muito rapidamente e impedia seu disparo.

Em seu novo trabalho, Amano e colegas superaram esse problema. Ao melhorar o design da estrutura do dispositivo, eles poderiam suprimir o calor gerado durante a operação. Em particular, eles eliminaram os defeitos cristalinos que ocorrem na faixa de laser do AlGaN e deterioram os caminhos pelos quais a corrente se propaga. Eles conseguiram isso adaptando as paredes laterais da faixa de laser de modo que a corrente pudesse fluir com eficiência para a região ativa do diodo laser. Dessa forma, eles poderiam reduzir a potência operacional necessária para diodos laser de 274 nm para apenas 1.1 W em temperatura ambiente.

A solução azul

“Comparado aos lasers ultravioleta profundo convencionais, nosso laser é mais compacto e pode atingir maior eficiência”, diz Amano. “O dispositivo poderia ser empregado em aplicações práticas na área da saúde, incluindo detecção de vírus. De forma mais ampla, poderia ser usado para detectar partículas, em análise de gases e processamento a laser de alta definição.”

“Sua aplicação à tecnologia de esterilização pode ser inovadora”, acrescenta Zhang Ziyi, membro da equipe. “Ao contrário dos métodos atuais de esterilização por LED, que são ineficientes em termos de tempo, os lasers podem desinfetar grandes áreas em pouco tempo e em longas distâncias.”

A equipe de Nagoya planeja agora melhorar as características operacionais de seu diodo laser para uso prático. “Também esperamos criar um diodo laser de comprimento de onda mais curto”, diz Amano Mundo da física.

O estudo é detalhado em Applied Physics Letters.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/defect-suppression-enables-continuous-wave-deep-uv-lasing-at-room-temperature/