日本信息通信研究機(jī)構(gòu)（NICT）未來ICT研究所的井上振一郎室長等的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)布研究成果稱，運(yùn)用比光波長更小的納米光結(jié)構(gòu)技術(shù)，通過微構(gòu)造進(jìn)行光的相位，控制了光的擴(kuò)散角度，從而成功地開發(fā)出了具有極高指向性、不使用其他光學(xué)零件的無光學(xué)深紫外LED。這是世界上首個(gè)不使用高成本透鏡或光學(xué)零件，將通常向各個(gè)方向擴(kuò)散的深紫LED擴(kuò)散角度控制為極窄角度，使得光具有極高的直進(jìn)性（準(zhǔn)直）的實(shí)例。相關(guān)成果于10月31日刊登在英國物理學(xué)會出版局發(fā)行的學(xué)術(shù)論文雜志《JournAl of Physics D:Applied Physics》電子版上。

圖1 本研究開發(fā)的具有將光輻射準(zhǔn)直為光束形狀功能的“高指向性”深紫外LED示意圖（供圖：國立研究開發(fā)法人信息通信研究機(jī)構(gòu)（NICT））。

由于深紫外LED對病毒和細(xì)菌具有很高的滅活效果，因此作為抑制接觸感染和氣溶膠感染傳播的新型工具而備受關(guān)注。

此外，使用波長在280納米以下的深紫外LED的光無線通信技術(shù)由于可以避免太陽光背景噪聲的影響，因此有望極大地?cái)U(kuò)展高速光無線通信在室外環(huán)境中的應(yīng)用可能性。

將具有這些特性的深紫外LED實(shí)際應(yīng)用于物體表面和空間殺菌或自由空間光通信用途等時(shí)，為確保對人體等的安全性，需要有技術(shù)選擇性地指向需要照射的區(qū)域。

但是，由于LED發(fā)出的光通常會向各個(gè)方向擴(kuò)散，因此迄今為止，LED光的擴(kuò)散角度都是通過安裝在外部的透鏡或光學(xué)零件來控制的。

另一方面，在控制深紫外LED的擴(kuò)散角度時(shí)，由于普通光學(xué)玻璃鏡片會吸收深紫外光，所以需要使用在深紫外區(qū)域具有高透明度的高純度合成石英鏡片，從而導(dǎo)致系統(tǒng)整體成本會變得非常高。

NICT的研究團(tuán)隊(duì)一直積極致力于有望用于上述用途的深紫外LED的研發(fā)及其實(shí)際應(yīng)用。作為其成果，本次開發(fā)出了世界上首個(gè)無需使用光學(xué)透鏡即可控制光線擴(kuò)散角度的深紫外LED。

這種深紫外LED是將氮化鋁（AlN）光出射面上形成的納米級相位型菲涅爾波帶片結(jié)構(gòu)與氮化鋁鎵（AlGaN）微型LED結(jié)構(gòu)相互結(jié)合而成的。

這是一種無需使用光學(xué)透鏡即可將擴(kuò)散的光輻射轉(zhuǎn)換為高度直進(jìn)性光束形狀（擴(kuò)散角度半峰全寬：10度以下）、具有高指向性的深紫外LED。

深紫外LED是一種發(fā)射深紫外波長區(qū)域光的半導(dǎo)體發(fā)光二極管。

此次開發(fā)的深紫外LED的結(jié)構(gòu)還可以有效提高將半導(dǎo)體內(nèi)部活性層發(fā)出的光有效提取到LED外部的比例。除了控制擴(kuò)散角度的功能外，此次還揭示了可以大幅提升光輸出（約1.5倍）的效果。

深紫外LED有望用于滅活空氣中漂浮的霧狀病毒，并作為不受太陽光背景噪音影響的光無線通信用光源等。本次開發(fā)的技術(shù)將不僅抑制深紫外光不必要的擴(kuò)散，降低對人體等的照射風(fēng)險(xiǎn)，還將顯著提高深紫外LED的安全性、效率性和生產(chǎn)性。

利用深紫外LED的光學(xué)系統(tǒng)將有望應(yīng)用于從殺菌到醫(yī)療、傳感、環(huán)境、光學(xué)加工和日盲光無線通信的廣泛領(lǐng)域，并顯著提高此類系統(tǒng)的安全性、效率性和生產(chǎn)性。

原文：《科學(xué)新聞》翻譯：JST客觀日本編輯部

【論文信息】雜志：JournAl of Physics D: Applied Physics論文：Far-field pattern control and light-extraction enhancement of deep-ultraviolet light-emitting diodes with large-area Fresnel zone plate nano-structuresDOI：10.1088/1361-6463/ad056a