Nanolaser je druh mikro a nano zariadenia, ktoré je vyrobené z nanomateriálov, ako je nanowire ako rezonátor, a môže vyžarovať laser pod fotoexcitáciou alebo elektrickým excitáciou. Veľkosť tohto lasera je často iba stovky mikrónov alebo dokonca desiatok mikrónov a priemer je až do poradia nanometrov, ktorý je dôležitou súčasťou budúceho tenkého filmu, integrovanej optiky a ďalších polí.
Klasifikácia nanolaseru:
1. Nanowire laser
V roku 2001 vedci z Kalifornskej univerzity v Berkeley v Spojených štátoch vytvorili najmenší laser na svete-nanolaserov-na nanooptickom drôte iba tisícinu dĺžky ľudských vlasov. Tento laser emituje nielen ultrafialové lasery, ale môže byť tiež naladený tak, aby vyžaroval lasery od modrej až po hlboké ultrafialové. Vedci použili štandardnú techniku nazývanú orientovaná epifytácia na vytvorenie lasera z čistých kryštálov oxidu zinočnatého. Najprv „kultivovali“ nanovlákna, to znamená, tvorené na zlatej vrstve s priemerom 20 až 150 nm a dĺžkou 10 000 nm čistých drôtov oxidu zinočnatého. Potom, keď vedci aktivovali čisté kryštály oxidu zinočnatého v nanočase s ďalším laserom pod skleníkom, čisté kryštály oxidu zinočnatého emitovali laser s vlnovou dĺžkou iba 17nm. Takéto nanolasery by sa mohli nakoniec použiť na identifikáciu chemikálií a zlepšenie kapacity ukladania informácií počítačových diskov a fotonických počítačov.
2. Ultrafialová nanolaser
Po príchode mikro-laserov, laserov mikro-disk, laserov z mikro-krúžok a kvantových lavínových laserov, chemik Yang Peidong a jeho kolegovia z Kalifornskej univerzity v Berkeley vyrobili nanolasery v miestnosti. Tento nanolaser oxidu zinočnatého môže emitovať laser s šírkou čiarky menšej ako 0,3 nm a vlnovou dĺžkou 385 nm pod ľahkým excitáciou, ktorý sa považuje za najmenší laser na svete a jedno z prvých praktických zariadení vyrobených pomocou nanotechnológie. V počiatočnej fáze vývoja vedci predpovedali, že tento nanolaser ZnO sa ľahko vyrába, vysoký jas, malá veľkosť a výkon je rovný alebo dokonca lepší ako lasery Gan Blue. ZnO nanolaserov ZnO môžu v dôsledku schopnosti vytvárať nanolátory s vysokou hustotou, môžu vstúpiť do mnohých aplikácií, ktoré nie sú možné s dnešnými zariadeniami GAAS. Za účelom pestovania takýchto laserov je nanowire ZnO syntetizovaný metódou transportu plynu, ktorá katalyzuje rast epitaxných kryštálov. Najprv je zafírová substrát potiahnutá vrstvou 1 nm ~ 3,5 Nm hrubého zlata a potom ho položí na hlinitú loď, materiál a substrát sa zahrievajú na 880 ° C ~ 905 ° C v toku amoniaku na výrobu pary Zn a potom sa parna Zn transportuje do substrátu. V rastovom procese 2min ~ 10 minút sa vytvorili nanovlákna 2 μm ~ 10 μm s hexagonálnou prierezovou plochou. Vedci zistili, že Nanowire ZnO tvorí prírodnú laserovú dutinu s priemerom 20nm až 150 nm a väčšina (95%) jej priemeru je 70 nm až 100 nm. Na štúdium stimulovanej emisie nanočastíc vedci opticky čerpali vzorku v skleníku so štvrtým harmonickým výstupom ND: YAG lasera (266nm vlnová dĺžka, šírka impulzu 3NS). Počas vývoja emisného spektra je svetlo lamované zvýšením výkonu čerpadla. Keď lasing presahuje prah zNo nanowire (asi 40 kW/cm), najvyšší bod sa objaví v emisnom spektre. Šírka čiary týchto najvyšších bodov je menšia ako 0,3 nm, čo je o 1/50 nižšia ako šírka čiary od vrcholu emisie pod prahom. Tieto úzke šírky čiar a rýchle zvýšenie intenzity emisií viedli vedcov k záveru, že v týchto nanočastivoch sa skutočne vyskytuje stimulovaná emisia. Preto toto pole nanowire môže pôsobiť ako prírodný rezonátor, a preto sa stáva ideálnym zdrojom mikro laserom. Vedci sa domnievajú, že tento nanolaser s krátkou vlnovou dĺžkou môže byť použitý v oblasti optických výpočtov, skladovania informácií a nanoanalyzer.
3. Kvantové studne lasery
Pred a po roku 2010 šírka čiary vyleptaná na polovodičovom čipe dosiahne 100 nm alebo menej a v obvode sa bude pohybovať iba niekoľko elektrónov a zvýšenie a zníženie elektrónu bude mať veľký vplyv na prevádzku obvodu. Na vyriešenie tohto problému sa zrodili kvantové lasery. V kvantovej mechanike sa potenciálne pole, ktoré obmedzuje pohyb elektrónov a kvantize, nazýva kvantová studňa. Toto kvantové obmedzenie sa používa na tvorbu kvantových hladín energie v aktívnej vrstve polovodičového lasera, takže elektronický prechod medzi hladinami energie dominuje excitovanému žiareniu lasera, čo je kvantový studňový laser. Existujú dva typy kvantových laserov: lasery kvantovej čiary a lasery kvantových bodov.
① laser kvantovej čiary
Vedci vyvinuli kvantové drôtové lasery, ktoré sú 1 000 -krát výkonnejšie ako tradičné lasery, pričom veľký krok k vytváraniu rýchlejších počítačov a komunikačných zariadení. Laser, ktorý môže zvýšiť rýchlosť zvuku, videa, internetu a iných foriem komunikácie nad sieťami optických vlákien, boli vyvinuté vedcami na Yale University, Lucent Technologies Bell Labs v New Jersey a Max Planck Institute pre fyziku v Drážďanoch v Nemecku. Tieto lasery s vyšším výkonom by znížili potrebu drahých zosilňovačov, ktoré sú inštalované každých 80 km (50 míľ) pozdĺž komunikačnej linky, a opäť produkujú laserové impulzy, ktoré sú menej intenzívne pri cestovaní vláknami (opakovače).
Čas príspevku: 15. júna-2023