Nanolaser er en slags mikro- og nanoenhet som er laget av nanomaterialer som nanotråd som resonator og kan avgi laser under fotoeksitasjon eller elektrisk eksitasjon. Størrelsen på denne laseren er ofte bare hundrevis av mikron eller til og med titalls mikron, og diameteren er opp til nanometerrekkefølgen, som er en viktig del av fremtidens tynnfilmskjerm, integrert optikk og andre felt.
Klassifisering av nanolaser:
1. Nanotrådlaser
I 2001 skapte forskere ved University of California, Berkeley, i USA, verdens minste laser – nanolasere – på den nanooptiske ledningen bare en tusendel av lengden på et menneskehår. Denne laseren sender ikke bare ut ultrafiolette lasere, men kan også stilles inn til å sende ut lasere som spenner fra blått til dypt ultrafiolett. Forskerne brukte en standardteknikk kalt orientert epifytasjon for å lage laseren fra rene sinkoksydkrystaller. De "dyrket" først nanotråder, det vil si dannet på et gulllag med en diameter på 20 nm til 150 nm og en lengde på 10 000 nm rene sinkoksidtråder. Så, da forskerne aktiverte de rene sinkoksydkrystallene i nanotrådene med en annen laser under drivhuset, sendte de rene sinkoksydkrystallene ut en laser med en bølgelengde på bare 17nm. Slike nanolasere kan etter hvert brukes til å identifisere kjemikalier og forbedre informasjonslagringskapasiteten til datadisker og fotoniske datamaskiner.
2. Ultrafiolett nanolaser
Etter bruken av mikrolasere, mikrodisklasere, mikroringlasere og kvanteskredlasere laget kjemiker Yang Peidong og hans kolleger ved University of California, Berkeley, romtemperatur nanolasere. Denne sinkoksyd-nanolaseren kan sende ut en laser med en linjebredde på mindre enn 0,3 nm og en bølgelengde på 385 nm under lyseksitasjon, som regnes for å være den minste laseren i verden og en av de første praktiske enhetene produsert ved hjelp av nanoteknologi. I det innledende utviklingsstadiet spådde forskerne at denne ZnO nanolaseren er enkel å produsere, høy lysstyrke, liten størrelse og ytelsen er lik eller enda bedre enn GaN blå lasere. På grunn av muligheten til å lage nanotrådarrayer med høy tetthet, kan ZnO nanolasere gå inn i mange applikasjoner som ikke er mulig med dagens GaAs-enheter. For å dyrke slike lasere, syntetiseres ZnO nanotråd ved hjelp av gasstransportmetoden som katalyserer epitaksial krystallvekst. Først belegges safirsubstratet med et lag av 1 nm~3,5nm tykk gullfilm, og deretter legges det på en aluminiumoksydbåt, materialet og substratet varmes opp til 880 ° C ~ 905 ° C i ammoniakkstrømmen for å produsere Zn-damp, og deretter transporteres Zn-dampen til underlaget. Nanotråder på 2μm~10μm med sekskantet tverrsnittsareal ble generert i vekstprosessen på 2min~10min. Forskerne fant at ZnO nanotråd danner et naturlig laserhulrom med en diameter på 20nm til 150nm, og det meste (95%) av diameteren er 70nm til 100nm. For å studere stimulert emisjon av nanotrådene, pumpet forskerne prøven optisk i et drivhus med den fjerde harmoniske utgangen fra en Nd:YAG-laser (266nm bølgelengde, 3ns pulsbredde). Under utviklingen av emisjonsspekteret blir lyset lammet med økningen av pumpeeffekten. Når laseringen overskrider terskelen til ZnO nanotråd (ca. 40kW/cm), vil det høyeste punktet vises i emisjonsspekteret. Linjebredden til disse høyeste punktene er mindre enn 0,3 nm, som er mer enn 1/50 mindre enn linjebredden fra emisjonspunktet under terskelen. Disse smale linjebreddene og raske økningene i utslippsintensitet førte til at forskerne konkluderte med at stimulert utslipp faktisk forekommer i disse nanotrådene. Derfor kan denne nanotrådarrayen fungere som en naturlig resonator og dermed bli en ideell mikrolaserkilde. Forskerne mener at denne kortbølgelengde nanolaseren kan brukes innen optisk databehandling, informasjonslagring og nanoanalysator.
3. Kvantebrønnlasere
Før og etter 2010 vil linjebredden etset på halvlederbrikken nå 100nm eller mindre, og det vil bare være noen få elektroner som beveger seg i kretsen, og økningen og reduksjonen av et elektron vil ha stor innvirkning på driften av krets. For å løse dette problemet ble kvantebrønnlasere født. I kvantemekanikk kalles et potensielt felt som begrenser bevegelsen til elektroner og kvantiserer dem en kvantebrønn. Denne kvantebegrensningen brukes til å danne kvanteenerginivåer i det aktive laget av halvlederlaseren, slik at den elektroniske overgangen mellom energinivåene dominerer den eksiterte strålingen til laseren, som er en kvantebrønnlaser. Det finnes to typer kvantebrønnlasere: kvantelinjelasere og kvantepunktlasere.
① Kvantelinjelaser
Forskere har utviklet kvantetrådlasere som er 1000 ganger kraftigere enn tradisjonelle lasere, og tar et stort skritt mot å lage raskere datamaskiner og kommunikasjonsenheter. Laseren, som kan øke hastigheten på lyd, video, Internett og andre former for kommunikasjon over fiberoptiske nettverk, ble utviklet av forskere ved Yale University, Lucent Technologies Bell LABS i New Jersey og Max Planck Institute for Physics i Dresden, Tyskland. Disse laserne med høyere effekt vil redusere behovet for dyre Repeatere, som installeres hver 80 km (50 miles) langs kommunikasjonslinjen, og igjen produserer laserpulser som er mindre intense når de beveger seg gjennom fiberen (Repeaters).
Innleggstid: 15. juni 2023