不到万亿分之一秒：超快紫外光或将改变通信与成像技术

研究人员在发表于《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）的一项研究中解决了这一挑战。该研究由诺丁汉大学的阿玛利亚·帕塔内（Amalia Patané）教授和伦敦帝国理工学院的约翰·W·G· Tisch（John W. G. Tisch）教授领导。他们的团队开发了一个既能产生又能探测极短紫外C（UV-C）激光脉冲的新平台。该系统将超快紫外C激光源与由原子级厚度（二维）半导体（2DSEM）制成的紫外C探测器相结合。为产生激光脉冲，研究人员采用了相位匹配的二阶非线性过程。这种方法依靠非线性晶体内部的级联二次谐波产生，能生成持续时间仅为飞秒（小于万亿分之一秒）的紫外C脉冲。室温下探测飞秒脉冲。超短脉冲在室温下通过基于二维半导体硒化镓（GaSe）及其宽带隙氧化层（Ga2O3）的光电探测器进行探测。重要的是，该系统中使用的所有材料都与可扩展制造技术兼容，使得该方法在实验室之外也具有实用性。为展示该系统的能力，研究人员构建了一个自由空间通信装置。在这一概念验证中，信息通过源发射器编码到紫外C激光中，然后由作为接收器的二维半导体传感器成功解码。传感器的意外行为。领导传感器开发的帕塔内教授解释了研究结果的突出之处：“这项工作首次将飞秒紫外C激光脉冲的产生与二维半导体对其的快速探测相结合。出乎意料的是，新传感器对脉冲能量表现出从线性到超线性的光电流响应，这是一种非常理想的特性，为在飞秒时间尺度上、广泛的脉冲能量和重复频率范围内运行的紫外C光子学奠定了基础。”诺丁汉大学的博士生本·迪维斯（Ben Dewes）指出，这一研究领域仍处于新兴阶段：“用二维材料探测紫外C辐射仍处于起步阶段。探测超短脉冲的能力，以及在自由空间中结合脉冲的产生与探测，有助于为紫外C光子学组件的进一步发展铺平道路。”高效激光产生与未来扩展。领导激光源研究的Tisch教授强调了效率的重要性：“我们利用非线性光学晶体中的相位匹配二阶过程高效产生紫外C激光。高转换效率标志着一个重要的里程碑，并为系统的进一步优化和扩展为紧凑型紫外C光源奠定了基础。”帝国理工学院的博士生蒂姆·克利（Tim Klee）补充说，易用性和可及性将是未来的关键：“一个紧凑、高效且简单的紫外C光源将造福更广泛的科学界和工业界，推动紫外C光子学的进一步研究。”对未来技术的意义。总之，产生和探测飞秒紫外C激光脉冲的能力可能在许多先进应用中产生深远影响。二维材料强大的传感性能支持将光源和探测器集成到单个系统中的集成平台的开发。此类平台对于自主系统和机器人技术之间的自由空间通信可能特别有用。由于这些组件与光子集成电路中的单片集成兼容，它们还可能促成广泛的未来技术，包括宽带成像和在飞秒时间尺度上运行的超快光谱学。