突破性紫外线‑C 光子技术：新平台实现超快紫外激光脉冲的产生与检测，或催生全新自由空间通信与高速光谱技术
2026 年 1 月 伦敦帝国理工学院与英国诺丁汉大学科研团队，首次在实验室环境中实现了 100–280 nm 紫外线‑C（UV‑C）短脉冲激光的“全程”集成——从光源到检测，均可在室温下完成，且组件完全可工业化生产。该成果已发表于《Light: Science & Applications》期刊，为 UV‑C 光子学在非视线通信、超高速光谱以及量子信息等领域铺平道路。
紫外线‑C 光子波段（100–280 nm）因其强烈的散射特性而特别适用于非视线通信：即使直视路径被遮挡，信号仍可通过散射途径传递。然而，缺乏可可靠工作的 UV‑C 光源与探测器一直是技术落地的瓶颈。
“在紫外线‑C 领域，真正实现高效、可规模化的光源和探测器是实现其在通信和光学测量中大规模应用的关键。” ——阿玛利亚·帕塔内教授（诺丁汉大学）
二、突破性 2D 半导体与非线性光学的完美结合1. 超快 UV‑C 激光源
研究人员采用 相位匹配的二阶非线性过程——在非线性晶体中多级二次谐波生成（cascaded SHG）——实现了仅 数飞秒 的 UV‑C 脉冲。相位匹配技术显著提升了光转换效率，突破了传统紫外线激光器效率低、能耗高的困境。
“我们利用相位匹配的二阶非线性晶体高效产生 UV‑C 光，达到了前所未有的转换效率，为后续系统优化和小型化奠定了基础。” ——约翰·W·G·蒂什教授（帝国理工学院）
2. 2D 半导体探测器
采用 原子层薄的 2D 半导体材料 GaSe（镓硒化物） 及其宽禁带氧化层 Ga₂O₃ 设计的光电探测器，在室温下即可捕捉飞秒级脉冲。与传统探测器相比，2D 材料展示了 线性至超线性 的光电流响应特性，能够在较宽的脉冲能量和重复频率范围内保持高灵敏度。
“在 2D 半导体中实现 UV‑C 的快速检测是 UV‑C 光子学的全新里程碑，超线性响应使得我们能够在不同能量、重复率下稳定工作。” ——贝恩·德维斯博士（诺丁汉大学）
三、实验验证：自由空间 UV‑C 通信原型在实验室搭建的 自由空间通信链路 中，激光源将信息编码入 UV‑C 脉冲；随后，GaSe‑Ga₂O₃ 探测器成功解码，完成了从源到接收的全流程验证。实验表明，即使在遮挡物存在的情况下，信号亦能通过 UV‑C 的散射路径完成传输，验证了技术在非视线通信场景下的可行性。
“将光源与探测器在自由空间中实现的完整集成，是 UV‑C 光子技术向实际应用迈出的重要一步。” ——蒂姆·克利博士（帝国理工学院）
四、技术意义与未来展望单芯片光子平台
2D 半导体与激光源可实现单片集成，为光子集成电路（PIC）提供可行方案。
这为自由空间通信、无人机、机器人等自动化系统间的高速、低功耗信息交换提供新型硬件基础。
宽带成像与超快光谱
兼容光子集成电路，可进一步发展 宽带成像 与 飞秒级光谱学，在材料表征、化学分析及生物医学成像等领域展现巨大潜力。
“这种可小型化、高效、简易的 UV‑C 源与探测器将极大惠及科研与工业界，推动 UV‑C 光子学的深层次应用。” ——贝恩·德维斯博士
“未来，我们将致力于进一步提升系统的可用性与易接入性，帮助更广泛的科学与工业社区快速落地 UV‑C 光子组件。” ——Tim Klee博士（帝国理工学院）
关于该项目本项目为跨学科合作典范，融合了 2D 半导体光电技术与高效非线性光学，首次实现室温下 UV‑C 超快脉冲的全链路集成。其可扩展性与工业化潜力为未来自由空间通信、宽带成像及飞秒光谱等高端技术提供了坚实基础。
勇编撰自论文"Fast ultraviolet-C photonics: generating and sensing laser pulses on femtosecond timescales".Science.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。