科学家们展示了持续时间不足一万亿分之一秒的超快紫外-C激光脉冲，并能够使用超薄半导体传感器对其进行可靠检测。该技术甚至被用于通过自由空间发送信息，这预示着强大的新型通信系统的出现。
工作在紫外-C波段（100−280 nm）的光子技术在从超分辨显微镜到光通信等领域都扮演着重要角色。随着这些技术的进步，它们有望在科学和工程领域开辟新的路径。紫外-C光最宝贵的特性之一是其在大气中的强散射特性，这使得它对于非视距通信尤其有用。这一特性允许即使在发送器和接收器之间存在障碍物阻挡直接路径时，也能传输数据。然而，尽管前景广阔，但由于缺乏能够与紫外-C光可靠工作的实用组件，进展一直受到阻碍。
研究人员在发表于《Light: Science & Applications》的一项研究中解决了这一挑战。该工作由某机构的Amalia Patané教授和某机构的John W. G. Tisch教授领导。他们的团队开发了一个既能产生又能检测极短紫外-C激光脉冲的新平台。
该系统将一个超快紫外-C激光源与由原子级薄层（二维）半导体（2DSEM）制成的紫外-C探测器相结合。为了产生激光脉冲，研究人员使用了相位匹配的二阶非线性过程。这种方法依赖于非线性晶体内的级联二次谐波产生，产生的紫外-C脉冲持续时间仅为飞秒级，不到一万亿分之一秒。
室温下检测飞秒脉冲
超短脉冲在室温下使用基于二维半导体硒化镓（GaSe）及其宽带隙氧化层（Ga₂O₃）的光电探测器进行检测。重要的是，该系统使用的所有材料都与可扩展的制造技术兼容，使得该方法在实验室之外也具有实用性。
为了展示该系统的能力，研究人员搭建了一个自由空间通信装置。在这个概念验证中，信息由源发射器编码到紫外-C激光中，然后由充当接收器的二维半导体传感器成功解码。
意外的传感器行为
负责传感器开发的Patané教授解释了这项成果的突出之处：“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的快速检测结合起来。出乎意料的是，新型传感器表现出对脉冲能量的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、宽脉冲能量和重复频率范围内工作的基于紫外-C的光子学奠定了基础。”
某机构的博士生Benjamin Dewes指出，这一研究领域仍处于新兴阶段：“利用二维材料检测紫外-C辐射仍处于起步阶段。检测超短脉冲的能力，以及将脉冲的产生和检测在自由空间中结合起来，有助于为紫外-C光子学组件的进一步发展铺平道路。”
高效的激光生成与未来扩展
负责激光源工作的Tisch教授强调了效率的重要性：“我们利用了非线性光学晶体中的相位匹配二阶过程，实现了紫外-C激光的高效产生。高转换效率标志着一个重要的里程碑，为系统的进一步优化和将其扩展为紧凑型紫外-C光源提供了基础。”
某机构的博士生Tim Klee补充道，易用性和可及性对于未来发展至关重要：“一个紧凑、高效且简单的紫外-C光源将使更广泛的科学和工业界受益，激发对紫外-C光子学的进一步研究。”
这对未来技术意味着什么
总之，产生和检测飞秒紫外-C激光脉冲的能力可能在许多高级应用中产生深远影响。二维材料的强大传感性能支持了将光源和探测器集成于单一系统的集成平台的发展。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尤其有用。
由于这些组件与光子集成电路中的单片集成兼容，它们还可能实现广泛的未来技术，包括在飞秒时间尺度上工作的宽带成像和超快光谱学。FINISHED
