超快紫外C波段光技术刚刚取得重大突破，为极速通信和下一代光子技术开启了大门。

在众多领域中，采用紫外C波段（100−280纳米）紫外线工作的设备正变得愈发重要，这些领域包括超分辨率显微技术和光通信等。科学家们对紫外C波段的光尤为感兴趣，因为这种光在大气中散射强烈，这一特性使其在非视距通信中颇具应用价值。这意味着，即使在视线受阻的情况下，如杂乱或遮挡的环境中，数据仍可传输。尽管具备这些优势，但由于研究人员缺乏能够可靠生成和检测紫外C波段光的实用组件，相关进展一直较为缓慢。

超快紫外C脉冲新平台

在发表于《光：科学与应用》期刊的一项研究中，由诺丁汉大学阿玛利亚·帕塔内教授（Amalia Patané）与伦敦帝国理工学院约翰·W·G·蒂施教授（John W. G. Tisch）领衔的研究团队，成功研发出一种既能产生又能探测极短紫外C波段（UV-C）激光脉冲的新型系统。该系统创新性地将超快紫外C波段激光源与基于原子级厚度（二维）半导体材料（2DSEM）的高灵敏度紫外C波段探测器相结合。

激光源依赖于精心匹配的非线性光学过程。通过在非线性晶体内部运用级联二次谐波产生技术，该系统可产生仅持续飞秒（不到一万亿分之一秒）的深紫外脉冲光。随后，利用由二维半导体硒化镓（GaSe）及其宽带隙氧化物层（Ga₂O₃）制成的光电探测器，在室温条件下即可完成对这些光脉冲的探测。尤为关键的是，所有相关材料均与可扩展制造工艺兼容。

为展示该系统的功能，研究团队搭建了一个自由空间通信装置。在此次测试中，发射器将信息编码至紫外C波段激光中，由作为接收器的二维半导体传感器成功解码。

传感器性能异常

主导传感器研发工作的帕塔内教授阐释了这些成果的重要意义：“这项研究首次将飞秒紫外C波段激光脉冲的产生与二维半导体对其的快速探测结合在一起。出乎意料的是，新传感器对脉冲能量展现出了线性乃至超线性的光电流响应，这是一种极为理想的特性，为基于紫外C波段、在宽脉冲能量和重复频率范围内、以飞秒级时标运行的光子学奠定了基础。”

诺丁汉大学的博士生本·杜威斯强调了该领域目前仍处于早期阶段：“利用二维材料检测紫外C波段辐射的技术尚处于起步阶段。而能够检测超短脉冲，以及在自由空间中实现脉冲的生成与检测相结合，这些能力为紫外C波段光子元件的进一步发展铺平了道路。”

高效紫外C波段激光产生技术

主导激光光源研究的蒂施教授强调了效率的重要性：“我们利用非线性光学晶体中相位匹配的二阶过程，高效地生成了紫外C波段激光。这种高转换效率标志着一个重要的里程碑，为进一步优化系统并将其扩展为紧凑型紫外C波段光源奠定了基础。”

帝国理工学院的博士生蒂姆·克莱 (Tim Klee) 补充道，可及性是关键：“紧凑、高效且简单的紫外C波段光源将使更广泛的科学界和工业界受益，推动紫外C波段光子学的进一步研究。”

通信与成像领域的未来应用

生成并探测飞秒级紫外C波段激光脉冲的能力，共同为众多新兴技术开辟了大门。二维半导体传感器的灵敏度，使得将紫外C波段光源与探测器集成于单一平台的系统成为可能。潜在应用包括自主系统与机器人设备之间的自由空间通信。

由于这些组件与光子集成电路的单片集成兼容，因此该方法还可支持从宽带成像到超快光谱分析等各类应用，且所有操作均在飞秒级时间尺度上进行。

参考文献：本杰明·T·德韦斯（Benjamin T. Dewes）、蒂姆·克莱（Tim Klee）、内森·D·科塔姆（Nathan D. Cottam）、约瑟夫·J·布劳顿（Joseph J. Broughton）、穆斯塔基姆·希法（Mustaqeem Shiffa）、程天晟（Tin S. Cheng）、谢尔盖·V·诺维科夫（Sergei V. Novikov）、奥列格·马卡罗夫斯基（Oleg Makarovsky）、约翰·W·G·蒂施（John W. G. Tisch）和阿玛利亚·帕塔内（Amalia Patané）所著《快速紫外C光子学：飞秒时间尺度上激光脉冲的产生与探测》，2025年11月19日发表于《光：科学与应用》期刊。DOI：10.1038/s41377-025-02042-2