利用日常使用的深紫外线光源进行杀菌消毒

图1硅基座结构的 GaN 单片微腔二次谐波生成(SHG)器件原理图

来源: 大坂大学

大阪大学工程研究生院和量子信息与量子生物学中心的研究人员公布了一种新型的固态二次谐波生成器（SHG），它可以将红外线转换成蓝光。这项工作会引领日常使用的深紫外线光源用于杀菌和消毒。

近年来，深紫外线(DUV)光源在杀菌和消毒方面受到关注。在保证使用安全的同时实现杀菌效果，光源需选择220-230 nm 的波长范围。这个波长范围内的DUV光源既耐用、效率又高，但它还没被开发出来。虽然波长转换器件具有广阔的应用前景，但传统的铁电波长转换材料由于具有吸收边缘效应不能应用于DUV器件。

氮化镓、氮化铝等半导体由于具有较高的光学非线性效应，因此它们可以用于制造波长转换器件。由于210nm波长是透明的，氮化铝特别适用于DUV波长转换器件。然而，像传统铁电波长转换器件等具有周期性反转极性的结构是很难实现的。

研究人员提出了一种新型的无极性倒置结构的单片微腔波长转换器件。在微腔中加入两个分布式的布拉格反射器(DBR)后，基础波得到了显著增强，对向传播的二次谐波从微腔的一侧同步发射。作为DUV光源实用化的第一步，通过微型制造技术制作了氮化镓微腔器件，其包括通过干法刻蚀和各向异性湿法刻蚀得到的垂直光滑的DBR侧壁。通过获得一个蓝色SH波，成功地验证了该方法的有效性。

图2  SHG器件的SEM图像。(a)和(b) Si 基座结构上的 GaN 单片微腔 SHG 器件，(c) SHG 器件的 GaN 侧视图。图片来源: 大阪大学

 “我们的设备可以使用很多的其它材料。它们可以应用于深紫外线发射，甚至宽带光子对产生。”资深作者 Masahiro Uemukai 说。这种方法不依赖于材料或周期性倒置结构，研究人员希望未来它将使非线性光学器件更容易被构建。

图3 使用红外截止滤光片拍摄波长428nm的蓝色二次谐波光的数码相机图像。来源:大阪大学