新しいレーザーは1兆分の1秒で動作します

光通信と超高速イメージングに対する私たちの認識を再定義するブレークスルーを、国際研究チームが発表した。ノッティンガム大学とインペリアル・カレッジ・ロンドンの科学者らは、1兆分の1秒未満持続する紫外線（UV-C）レーザー・パルスの生成と検出が可能な新しい技術プラットフォームを開発した。

その研究は、 出版されました 権威ある科学雑誌に 光: 科学と応用は、送信機と受信機の間に見通し線がない場合でも、自由空間を介して情報を送信できる通信システムの作成への道を開きます。

UV-C 放射線の「目に見えない」利点

または テクノロジー UV-C スペクトル (100 ～ 280 nm) で動作するフォトニクスは、長い間研究に強い関心が寄せられている分野です。この特定の光には、大気中で強く散乱するというユニークな特性があります。これは実質的に、直線の照準を必要とする従来の方法とは異なり、「角を曲がって」または障害物の後ろにデータを送信するために使用できることを意味します。

しかし、この可能性を活用するには、これまで技術的な壁にぶつかっていました。それは、この波長の光を効果的に管理できる実用的で信頼性の高いコンポーネントが不足しているということです。ここで、解決策を提供するために新しい研究が登場します。

フェムト秒時間のイノベーション

研究チームは、超高速レーザー光源と二次元（2D）半導体で作られた検出器を組み合わせることに成功した。非線形結晶を使用して、わずか数フェムト秒（フェムト秒は 400 万分の 1 秒に相当）持続する UV-C パルスを生成することに成功しました。

この発見の最も印象的な要素は、室温でのこれらのパルスの検出です。研究者らは、原子の厚さの材料であるセレン化ガリウム（GaSe）をベースにした光検出器を使用したが、これは非常に感度が高いことが判明した。

«この研究では、フェムト秒 UV-C レーザー パルスの生成と 2D 半導体による高速検出を初めて組み合わせています。」と教授は説明する。 アマリア・パタネ。彼女はさらに、予期せぬ発見を強調しました。新しいセンサーは、パルスエネルギーに対して超線形な応答を示し、これは将来のフォトニックデバイスの開発にとって非常に望ましい特性であると考えられています。

研究室から実践へ

システムの機能を証明するために、研究者らは理論にとどまりませんでした。彼らは自由空間通信デバイスを構築し、レーザー光源内の情報をエンコードし、それをセンサー受信機に送信することに成功しました。

ザ ベン・デュースノッティンガムの博士課程の学生であり、チームのメンバーでもある彼は、私たちはまだ出発点にあると指摘します。

2D マテリアルによる UV-C 放射線の検出はまだ初期段階にあります。超短パルスを検出し、自由空間での生成と検出を組み合わせる機能により、UV-C フォトニック コンポーネントのさらなる開発への道が開かれます。

テクノロジーとアプリケーションの未来

この発見の重要性は電気通信を超えて広がります。ティッシュ教授が指摘するように、これらのシステムを大量生産に向けてスケールアップできるようになったのは画期的なことだ。使用されている材料は最新の集積回路製造方法と互換性があり、将来的にはコンパクトで経済的なデバイスが期待できます。

考えられるアプリケーションは数多くあります。

• 安全な通信: 視覚的な接触が遮断される複雑な環境における自動運転車とロボットの間。
• 科学的研究: 化学反応をリアルタイムで研究するための超高速分光法。
• 医学と生物学: 生物学的構造を詳細に観察するための超高解像度顕微鏡。

«コンパクトで効率的かつシンプルな UV-C 光源は、より広範な科学および産業コミュニティに利益をもたらします。」と付け加えます ティム・クレーインペリアル大学の博士課程の学生であり、このテクノロジーが新たな研究を引き起こす可能性があることを強調しました。

この研究は、先進的な素材と革新的な光生成方法を組み合わせることで技術の飛躍につながり、「目に見えない」光をデジタル時代の強力なツールに変えることができることを実証しています。