日本信息通信研究机构（NICT）未来ICT研究所的井上振一郎室长等的研究团队发布研究成果称，运用比光波长更小的纳米光结构技术，通过微构造进行光的相位，控制了光的扩散角度，从而成功地开发出了具有极高指向性、不使用其他光学零件的无光学深紫外LED。这是世界上首个不使用高成本透镜或光学零件，将通常向各个方向扩散的深紫LED扩散角度控制为极窄角度，使得光具有极高的直进性（准直）的实例。相关成果于10月31日刊登在英国物理学会出版局发行的学术论文杂志《JournAl of Physics D:Applied Physics》电子版上。
图1 本研究开发的具有将光辐射准直为光束形状功能的“高指向性”深紫外LED示意图（供图：国立研究开发法人信息通信研究机构（NICT））。
由于深紫外LED对病毒和细菌具有很高的灭活效果，因此作为抑制接触感染和气溶胶感染传播的新型工具而备受关注。
此外，使用波长在280纳米以下的深紫外LED的光无线通信技术由于可以避免太阳光背景噪声的影响，因此有望极大地扩展高速光无线通信在室外环境中的应用可能性。
然而，将具有这些特性的深紫外LED实际应用于物体表面和空间杀菌或自由空间光通信用途等时，为确保对人体等的安全性，需要有技术选择性地指向需要照射的区域。
但是，由于LED发出的光通常会向各个方向扩散，因此迄今为止，LED光的扩散角度都是通过安装在外部的透镜或光学零件来控制的。
另一方面，在控制深紫外LED的扩散角度时，由于普通光学玻璃镜片会吸收深紫外光，所以需要使用在深紫外区域具有高透明度的高纯度合成石英镜片，从而导致系统整体成本会变得非常高。
NICT的研究团队一直积极致力于有望用于上述用途的深紫外LED的研发及其实际应用。作为其成果，本次开发出了世界上首个无需使用光学透镜即可控制光线扩散角度的深紫外LED。
这种深紫外LED是将氮化铝（AlN）光出射面上形成的纳米级相位型菲涅尔波带片结构与氮化铝镓（AlGaN）微型LED结构相互结合而成的。
这是一种无需使用光学透镜即可将扩散的光辐射转换为高度直进性光束形状（扩散角度半峰全宽：10度以下）、具有高指向性的深紫外LED。
深紫外LED是一种发射深紫外波长区域光的半导体发光二极管。
此次开发的深紫外LED的结构还可以有效提高将半导体内部活性层发出的光有效提取到LED外部的比例。除了控制扩散角度的功能外，此次还揭示了可以大幅提升光输出（约1.5倍）的效果。
深紫外LED有望用于灭活空气中漂浮的雾状病毒，并作为不受太阳光背景噪音影响的光无线通信用光源等。本次开发的技术将不仅抑制深紫外光不必要的扩散，降低对人体等的照射风险，还将显着提高深紫外LED的安全性、效率性和生产性。
利用深紫外LED的光学系统将有望应用于从杀菌到医疗、传感、环境、光学加工和日盲光无线通信的广泛领域，并显着提高此类系统的安全性、效率性和生产性。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：JournAl of Physics D: Applied Physics
论文：Far-field pattern control and light-extraction enhancement of deep-ultraviolet light-emitting diodes with large-area Fresnel zone plate nano-structures
DOI：10.1088/1361-6463/ad056a
