日常使用光源将红外辐射转换为蓝光进杀菌消毒

将红外辐射转换为蓝光的微腔器件可以使用深紫外线光进行消毒和灭菌,其应用安全且可以日常使用。该器件由大阪大学（Osaka University）的一个研究小组开发，没有极性倒置结构。器件无需依赖双折或周期性极化倒置结构，扩大了设备结构和材料选择的灵活性，这使研究人员在选择结构和材料时具有更大的灵活性，以便将波长转换为深紫外线光。

使用IR 截止过滤器拍摄波长为428nm蓝光二次谐波发射的数码相机图像。大阪大学供图。

如果要安全地将 DUV 光用作消毒剂，则需要220 至 230 nm 的 DUV 波长范围。虽然波长转换为实现DUV波长转换提供了潜在的解决方案，但由于吸收边界，传统铁电波长转换材料无法使用。为了实现使用DUV光用作杀菌剂，研究人员利用低双折射顺电性材料和介电材料构建了单体、微腔、二次谐波生成（SHG）的器件。他们使用两个高反射分布式布拉格反射器（DBR）将进入器件的光频率提高了一倍。分布式布拉格反射器（DBR）加强了微腔中基本波的强度。反传播SHG波在接近相干长度的非常短的区域内有效的生成。作为实际应用的第一步，研究人员利用精密加工技术（包括干法蚀刻和各向异性湿法刻蚀）构建了一种氮化镓（GaN）微腔器件，用于垂直和光滑的 DBR 侧壁。当他们演示氮化镓微腔的波长转换时，在没有极性倒置结构的情况下，他们观察到428 纳米的蓝色SHG 波。

在Si基座结构上的氮化镓单体微腔SHG器件的原理图。大阪大学供图。

氮化物半导体，如氮化镓和氮化铝，它们光学非线性相对较高，因此适合波长转换器件使用；氮化铝特别适合深紫外线光波长转换器件，因为它的透明度为210 nm。然而，实现周期性倒置极性的结构，如传统铁电波长转换器件中的结构，研究人员证明了使用这些材料很难。

"我们的器件可以适应于更广泛的材料，"教授Masahiro Uemukai说，“它们可以应用于深紫外线发射，甚至宽带光子对的形成。”研究人员希望他们灵活的波长转换方法将使未来的非线性光学器件更容易构建。这项研究发表在《Applied Physics Express》上(www.doi.org/10.35848/1882-0786/abff9e)。