科学家们演示了持续时间小于一万亿分之一秒的超快UV-C激光脉冲，并利用超薄半导体传感器实现了可靠探测。该技术甚至被用于在自由空间中传输信息，预示着强大新型通信系统的可能性。
光子技术若工作在UV-C波段（100−280 nm），在从超分辨显微到光通信的诸多领域都扮演着重要角色。随着这些技术的进步，预计将为科学与工程开辟新路径。UV-C光最有价值的特性之一是在大气中强烈的散射，这使其特别适用于非视距通信。即使发射端与接收端之间存在障碍物阻挡直接路径，这一特性也能实现数据传输。然而，尽管前景广阔，由于缺乏能可靠工作在UV-C波段的实用元器件，进展一直缓慢。
研究人员现已在一项发表于《Light: Science & Applications》的研究中解决了这一挑战。某机构（原“Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics And Physics, CAS”）提供了相关信息。研究团队由某机构（原“University of Nottingham”）的Amalia Patané教授和某机构（原“Imperial College London”）的John W. G. Tisch教授共同领导。他们开发了一种既能产生又能探测极短UV-C激光脉冲的新型平台。
该系统结合了超快UV-C激光源与基于原子级薄层（二维）半导体（2DSEM）制成的UV-C探测器。为产生激光脉冲，研究人员使用了相位匹配的二阶非线性过程。该方法依赖于非线性晶体内的级联二次谐波产生，输出持续时间仅为飞秒（小于一万亿分之一秒）的UV-C脉冲。
室温下的飞秒脉冲探测
这些超短脉冲在室温下由基于二维半导体**硒化镓（GaSe）**及其宽禁带氧化物层（Ga₂O₃）的光电探测器进行探测。重要的是，系统中所用所有材料均与可扩展制造工艺兼容，使得该方法在实验室之外也具有实用性。
为演示系统能力，研究人员搭建了一套自由空间通信装置。在这一概念验证中，信息由源-发射器编码到UV-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。
意外的传感器行为
负责传感器研发的Patané教授解释了成果的突出之处：“这项工作首次将飞秒UV-C激光脉冲的产生与二维半导体的快速探测结合起来。出乎意料的是，新型传感器对脉冲能量表现出线性至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UV-C光子学奠定了基础。”
某机构（原“University of Nottingham”）的博士生Ben Dewes指出，这一研究领域仍处于新兴阶段：“利用二维材料探测UV-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UV-C光子学元器件的进一步发展铺平道路。”
高效的激光产生与未来扩展
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，高效产生UV-C激光。高转换效率标志着一个重要里程碑，并为系统进一步优化和缩微化为紧凑型UV-C光源提供了基础。”
某机构（原“Imperial College London”）的博士生Tim Klee补充道，易用性和可及性对未来发展至关重要：“紧凑、高效且简单的UV-C光源将使更广泛的科学和工业界受益，并激发对UV-C光子学的进一步研究。”
对未来技术的意义
产生和探测飞秒UV-C激光脉冲的能力，有望在众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开发将光源和探测器集成于单一系统的集成化平台。这类平台对于自主系统与机器人技术之间的自由空间通信尤为有用。
由于这些元器件与光子集成电路中的单片集成兼容，它们还可能支持广泛的未来技术，包括工作在飞秒时间尺度上的宽谱成像和超快光谱。FINISHED
