Gwireddu Allbwn Optegol Uchel O Laserau Lled-ddargludyddion Uwchfioled Fertigol! Cymwysiadau Ymarferol Addawol Ym Meysydd Meddygaeth A Phrosesu Laser

Yn ddiweddar, mae tîm astudiaeth ymchwil Japaneaidd wedi gwneud dyfais laser lled-ddargludyddion allyrru uwchfioled dwfn fertigol AlGaN, y disgwylir iddo gael ei gymhwyso ym meysydd prosesu laser, biotechnoleg a meddygaeth.
Fel y gwyddom i gyd, mae golau uwchfioled (UV) yn don electromagnetig gydag ystod tonfedd o 100 i 380 nm. Gellir rhannu'r tonfeddi hyn yn dri rhanbarth: UV-A (315-380 nm), UV-B (280-315 nm), ac UV-C (100-280 nm). ), y ddau ranbarth olaf sy'n cynnwys golau uwchfioled dwfn.
Gellir defnyddio ffynonellau golau laser sy'n allyrru yn y rhanbarth UV, megis laserau nwy a laserau cyflwr solet yn seiliedig ar harmonics laserau yttrium-alwminiwm-garnet, mewn ystod eang o gymwysiadau, gan gynnwys biotechnoleg, triniaethau dermatolegol, prosesau halltu UV a laser prosesu. Fodd bynnag, mae laserau o'r fath yn dioddef o faint mawr, defnydd pŵer uchel, ystod tonfedd cyfyngedig ac effeithlonrwydd isel.

Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae datblygiad laserau lled-ddargludyddion perfformiad uchel sy'n cynhyrchu golau trwy chwistrellu cerrynt wedi'i hyrwyddo ochr yn ochr â datblygiad parhaus technoleg gweithgynhyrchu. Mae'r rhain yn cynnwys dyfeisiau allyrru golau uwchfioled yn seiliedig ar y deunydd lled-ddargludyddion alwminiwm gallium nitride AlGaN. Fodd bynnag, dim ond tua 150 mW yw eu pŵer allbwn optegol uchaf yn y rhanbarth UV dwfn, sy'n llawer is na'r pŵer sydd ei angen ar gyfer cymwysiadau meddygol a diwydiannol. Mae cynyddu cerrynt pigiad y ddyfais yn hanfodol i gynyddu'r pŵer allbwn. Mae hyn yn gofyn am gynnydd ym maint y ddyfais a hefyd mae angen sicrhau bod y cerrynt yn llifo'n unffurf yn y ddyfais.
Yng nghyd-destun yr ymchwil hwn, mae tîm ymchwil Japaneaidd dan arweiniad yr Athro Motome Iwaya o Adran Gwyddor Deunyddiau a Pheirianneg Prifysgol Meijo wedi llwyddo i ddatblygu deuodau laser lled-ddargludyddion UV-B fertigol perfformiad uchel AlGaN. Cyhoeddwyd yr astudiaeth yn y cyfnodolyn Applied Physics Letters.
Mae'r Athro Motome Iwaya wedi datgan bod laserau uwchfioled dwfn sy'n seiliedig ar AlGaN yn defnyddio deunyddiau ynysu fel saffir ac AlN i gael crisialau o ansawdd uchel. Ond oherwydd bod cerrynt yn llifo'n ochrol yn y dyfeisiau hyn, er mwyn gwella eu hallbwn golau, archwiliodd gwyddonwyr ddyfeisiadau fertigol, lle mae'r electrodau p- ac n yn wynebu ei gilydd mewn cyffordd pn. Ond yn ystod yr ychydig flynyddoedd diwethaf, defnyddiwyd ffurfweddiadau fertigol i wireddu dyfeisiau lled-ddargludyddion pŵer uchel. Ond ar gyfer laserau lled-ddargludyddion, mae datblygiad cyfluniadau o'r fath wedi bod yn llonydd ac nid yw wedi'i wireddu eto ar gyfer dyfeisiau allyrru golau uwchfioled dwfn yn seiliedig ar nitrid alwminiwm. I'r perwyl hwn, gwnaeth yr ymchwilwyr nitrid alwminiwm o ansawdd uchel yn gyntaf ar swbstrad saffir. Yna ffurfiwyd nanopileri alwminiwm nitrid cyfnodol a'u hadneuo gyda strwythurau laser alwminiwm seiliedig ar nitrid.
Defnyddiodd y tîm dechneg stripio laser arloesol yn seiliedig ar laserau cyflwr solet pwls i dynnu strwythurau'r ddyfais o'r swbstrad. Fe wnaethant hefyd ddatblygu proses lled-ddargludyddion i wneud yr electrodau, strwythurau cyfyngu cerrynt, a haenau insiwleiddio sydd eu hangen ar gyfer osgiliadau laser, a dull hollti gan ddefnyddio llafnau i ffurfio cyseinyddion optegol rhagorol. Mae gan y deuod laser lled-ddargludyddion UV-B dwfn sy'n seiliedig ar AlGaN briodweddau newydd ac unigryw. Mae'n gweithredu ar dymheredd ystafell, yn allyrru golau hynod finiog ar 298.1 nm, mae ganddo gerrynt trothwy wedi'i ddiffinio'n dda a polareiddio trydanol trawsdoriadol cryf. Arsylwodd yr ymchwilwyr hefyd batrwm maes pell tebyg i smotyn laser-benodol, gan gadarnhau osgiliadau'r ddyfais.
Mae'r astudiaeth yn dangos y gall dyfeisiau fertigol ddarparu ceryntau uchel ar gyfer gweithredu dyfeisiau pŵer uchel. Yn y dyfodol, bydd yn chwarae mwy o ran mewn prosesau saernïo cost-effeithiol newydd ar gyfer cerbydau trydan a deallusrwydd artiffisial, ymhlith eraill. Ac mae'r ymchwilwyr hefyd yn gobeithio y bydd laserau UV fertigol alwminiwm sy'n seiliedig ar nitrid yn dod o hyd i gymwysiadau ymarferol mewn meysydd meddygol a gweithgynhyrchu.