飞秒紫外光突破：通信与成像新时代

科学家们成功展示了持续时间小于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探测。该技术甚至被用于通过自由空间发送信息，预示着强大新型通信系统的诞生。

攻克紫外-C 光子学难题

工作在紫外-C波段（100-280纳米）的光子技术在从超分辨率显微镜到光通信等领域扮演着重要角色。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道路。紫外-C光最有价值的特性之一是它在大气中的强散射性，这使其特别适用于非视线通信。即使在发送端和接收端之间有障碍物阻挡了直接路径，这种特性也允许数据传输。然而，尽管前景广阔，由于缺乏能够与紫外-C光可靠工作的实用组件，相关进展一直缓慢。

新型平台：产生与探测飞秒脉冲

如今，研究人员在发表于《光：科学与应用》期刊的一项研究中解决了这一挑战。这项工作由某大学（原阿马利亚·帕塔内教授团队）和某伦敦机构（原约翰·W·G·蒂施教授团队）共同领导。他们的团队开发了一个能够同时产生和探测极短紫外-C激光脉冲的新型平台。

该系统结合了超快紫外-C激光源和由原子层厚度（二维）半导体（2DSEM）制成的紫外-C探测器。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部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，小于一万亿分之一秒。

室温下的飞秒脉冲探测

这些超短脉冲在室温下被基于二维半导体硒化镓（GaSe）及其宽带隙氧化层（Ga2O3）的光电探测器成功探测到。重要的是，系统中使用的所有材料都与可扩展的制造技术兼容，使得该方法具有超越实验室的实用性。

为了展示该系统的能力，研究人员构建了一个自由空间通信装置。在这个概念验证中，信息由作为发射端的激光源编码到紫外-C激光中，然后被作为接收端的二维半导体传感器成功解码。

意想不到的传感器行为

领导传感器开发的帕塔内教授解释了这项研究的突出之处：“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、宽脉冲能量和重复频率范围内工作的紫外-C光子学奠定了基础。”

某机构的一位博士生本·迪维斯指出，这一研究领域仍处于新兴阶段：“利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，以及结合自由空间中脉冲的产生和探测，为紫外-C光子元件的进一步发展铺平了道路。”

高效的激光产生与未来扩展

领导激光源工作的蒂施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来高效产生紫外-C激光。高转换效率标志着一个重要的里程碑，为系统的进一步优化和将其小型化为紧凑型紫外-C源提供了基础。”

另一位博士生蒂姆·克利补充道，易用性和可获取性对未来发展至关重要：“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，并刺激对紫外-C光子学的进一步研究。”

对未来技术的意义

总的来说，产生和探测飞秒紫外-C激光脉冲的能力可能在众多高级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到单个系统中的平台。这种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。

由于这些元件与光子集成电路中的单片集成技术兼容，它们还可能催生出一系列未来技术，包括在飞秒时间尺度上工作的宽带成像和超快光谱学。FINISHED
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