Nanolaser je druh mikro a nano zariadenia, ktoré je vyrobené z nanomateriálov, ako je nanodrôt ako rezonátor a môže emitovať laser pri fotoexcitácii alebo elektrickej excitácii.Veľkosť tohto lasera je často len stovky mikrónov alebo dokonca desiatky mikrónov a priemer rádovo nanometrov, čo je dôležitá súčasť budúceho tenkovrstvového displeja, integrovanej optiky a ďalších polí.
Klasifikácia nanolaseru:
1. Nanodrôtový laser
V roku 2001 vedci z Kalifornskej univerzity v Berkeley v Spojených štátoch vytvorili najmenší laser na svete – nanolasery – na nanooptickom drôte, ktorý má dĺžku len tisíciny ľudského vlasu.Tento laser nielenže vyžaruje ultrafialové lasery, ale môže byť tiež vyladený tak, aby vyžaroval lasery v rozsahu od modrej po hlboké ultrafialové.Výskumníci použili štandardnú techniku nazývanú orientovaná epifytácia na vytvorenie lasera z čistých kryštálov oxidu zinočnatého.Najprv „kultivovali“ nanodrôty, teda vytvorené na zlatej vrstve s priemerom 20 nm až 150 nm a dĺžkou 10 000 nm drôtov čistého oxidu zinočnatého.Potom, keď výskumníci aktivovali kryštály čistého oxidu zinočnatého v nanodrôtoch pomocou ďalšieho lasera pod skleníkom, kryštály čistého oxidu zinočnatého emitovali laser s vlnovou dĺžkou iba 17 nm.Takéto nanolasery by sa nakoniec mohli použiť na identifikáciu chemikálií a zlepšenie kapacity na ukladanie informácií počítačových diskov a fotonických počítačov.
2. Ultrafialový nanolaser
Po príchode mikrolaserov, mikrodiskových laserov, mikrokruhových laserov a kvantových lavínových laserov vyrobil chemik Yang Peidong a jeho kolegovia z Kalifornskej univerzity v Berkeley nanolasery pri izbovej teplote.Tento nanolaser na báze oxidu zinočnatého dokáže pri svetelnej excitácii vyžarovať laser so šírkou čiary menšou ako 0,3 nm a vlnovou dĺžkou 385 nm, ktorý je považovaný za najmenší laser na svete a jeden z prvých praktických zariadení vyrobených pomocou nanotechnológie.V počiatočnom štádiu vývoja výskumníci predpovedali, že tento nanolaser ZnO sa ľahko vyrába, má vysoký jas, malé rozmery a výkon je rovnaký alebo dokonca lepší ako lasery GaN blue.Vďaka schopnosti vytvárať polia nanovlákna s vysokou hustotou môžu nanolasery ZnO vstúpiť do mnohých aplikácií, ktoré nie sú možné s dnešnými zariadeniami GaAs.Na pestovanie takýchto laserov sa nanovlákno ZnO syntetizuje metódou transportu plynu, ktorá katalyzuje rast epitaxných kryštálov.Najprv sa zafírový substrát potiahne vrstvou zlatého filmu s hrúbkou 1 až 3,5 nm a potom sa vloží na čln z oxidu hlinitého, materiál a substrát sa zahrejú na 880 °C až 905 °C v prúde amoniaku, aby sa vyrobili Zn para a potom je Zn para transportovaná k substrátu.Nanodrôty 2 μm ~ 10 μm s hexagonálnou prierezovou plochou boli generované v procese rastu 2 min ~ 10 min.Výskumníci zistili, že nanodrôt ZnO tvorí prirodzenú laserovú dutinu s priemerom 20 nm až 150 nm a väčšina (95 %) jeho priemeru je 70 nm až 100 nm.Na štúdium stimulovanej emisie nanodrôtov výskumníci opticky pumpovali vzorku v skleníku so štvrtým harmonickým výstupom lasera Nd: YAG (vlnová dĺžka 266 nm, šírka impulzu 3 ns).Počas vývoja emisného spektra svetlo ochabuje so zvyšujúcim sa výkonom čerpadla.Keď laserový lúč prekročí prah ZnO nanovlákna (asi 40 kW/cm), objaví sa najvyšší bod v emisnom spektre.Šírka čiary týchto najvyšších bodov je menšia ako 0,3 nm, čo je o viac ako 1/50 menej ako šírka čiary od emisného vrcholu pod prahom.Tieto úzke šírky čiar a rýchle zvýšenie intenzity emisií viedli výskumníkov k záveru, že stimulovaná emisia sa v týchto nanovláknoch skutočne vyskytuje.Preto môže toto nanodrôtové pole pôsobiť ako prirodzený rezonátor a stať sa tak ideálnym mikro laserovým zdrojom.Výskumníci sa domnievajú, že tento nanolaser s krátkou vlnovou dĺžkou môže byť použitý v oblasti optických výpočtov, ukladania informácií a nanoanalyzátorov.
3. Kvantové vrtné lasery
Pred a po roku 2010 dosiahne šírka čiary vyleptanej na polovodičovom čipe 100 nm alebo menej a v obvode sa bude pohybovať len niekoľko elektrónov a nárast a pokles elektrónu bude mať veľký vplyv na činnosť obvod.Na vyriešenie tohto problému sa zrodili kvantové vrtné lasery.V kvantovej mechanike sa potenciálne pole, ktoré obmedzuje pohyb elektrónov a kvantuje ich, nazýva kvantová studňa.Toto kvantové obmedzenie sa používa na vytvorenie kvantových energetických hladín v aktívnej vrstve polovodičového lasera, takže elektronický prechod medzi energetickými úrovňami dominuje excitovanému žiareniu lasera, ktorým je kvantový vrtný laser.Existujú dva typy kvantových vrtných laserov: kvantové čiarové lasery a kvantové bodové lasery.
① Kvantový čiarový laser
Vedci vyvinuli kvantové drôtové lasery, ktoré sú 1000-krát výkonnejšie ako tradičné lasery, čím urobili veľký krok smerom k vytvoreniu rýchlejších počítačov a komunikačných zariadení.Laser, ktorý dokáže zvýšiť rýchlosť zvuku, videa, internetu a iných foriem komunikácie cez siete s optickými vláknami, vyvinuli vedci z Yale University, Lucent Technologies Bell LABS v New Jersey a Max Planck Institute for Physics v Drážďanoch, Nemecko.Tieto lasery s vyšším výkonom by znížili potrebu drahých opakovačov, ktoré sa inštalujú každých 80 km (50 míľ) pozdĺž komunikačnej linky a opäť produkujú laserové impulzy, ktoré sú pri prechode cez vlákno menej intenzívne (opakovače).
Čas odoslania: 15. júna 2023