Nanolaser on eräänlainen mikro- ja nanolaite, joka on valmistettu nanomateriaaleista, kuten nanolangasta resonaattorina ja joka voi lähettää laseria valo- tai sähköviritteen alaisena. Tämän laserin koko on usein vain satoja mikroneja tai jopa kymmeniä mikroneja ja halkaisija nanometrin luokkaa, mikä on tärkeä osa tulevaisuuden ohutkalvonäyttöä, integroitua optiikkaa ja muita kenttiä.
Nanolaserin luokitus:
1. Nanolankalaser
Vuonna 2001 Kalifornian yliopiston Berkeleyssä Yhdysvalloissa tutkijat loivat maailman pienimmän laserin – nanolaserit – nanooptiselle langalle, joka on vain tuhannesosa ihmisen hiuksen pituudesta. Tämä laser ei ainoastaan lähetä ultraviolettilasereita, vaan se voidaan myös virittää lähettämään lasereita sinisestä syvään ultraviolettisäteilyyn. Tutkijat käyttivät standarditekniikkaa, jota kutsutaan suuntautuneeksi epifytaatioksi laserin luomiseksi puhtaista sinkkioksidikiteistä. Ensin he "viljelivät" nanolankoja, eli ne muodostettiin kultakerrokselle, jonka halkaisija oli 20 nm - 150 nm ja pituus 10 000 nm puhtaista sinkkioksidilangoista. Sitten, kun tutkijat aktivoivat nanolangoissa olevat puhtaat sinkkioksidikiteet toisella laserilla kasvihuoneen alla, puhtaat sinkkioksidikiteet lähettivät laserin, jonka aallonpituus oli vain 17 nm. Tällaisia nanolasereita voitaisiin lopulta käyttää kemikaalien tunnistamiseen ja tietokonelevyjen ja fotonitietokoneiden tiedontallennuskapasiteetin parantamiseen.
2. Ultravioletti nanolaser
Mikrolaserien, mikrolevylaserien, mikrorengaslaserien ja kvanttivyörylaserien syntymisen jälkeen kemisti Yang Peidong ja hänen kollegansa Kalifornian yliopistosta Berkeleyssä valmistivat huoneenlämpöisiä nanolasereita. Tämä sinkkioksidinanolaser voi lähettää valovirityksen alaisena laserin, jonka viivanleveys on alle 0,3 nm ja aallonpituus 385 nm, jota pidetään maailman pienimpänä laserina ja yhtenä ensimmäisistä nanoteknologialla valmistetuista käytännön laitteista. Kehityksen alkuvaiheessa tutkijat ennustivat, että tämä ZnO nanolaser on helppo valmistaa, korkea kirkkaus, pieni koko ja suorituskyky on yhtä suuri tai jopa parempi kuin GaN blue laserit. Koska ZnO-nanolaserit pystyvät valmistamaan suuritiheyksisiä nanolankaryhmiä, ne voivat päästä moniin sovelluksiin, jotka eivät ole mahdollisia nykypäivän GaAs-laitteilla. Tällaisten lasereiden kasvattamiseksi ZnO-nanolanka syntetisoidaan kaasunsiirtomenetelmällä, joka katalysoi epitaksiaalista kiteiden kasvua. Ensin safiirisubstraatti päällystetään 1 nm - 3,5 nm paksuisella kultakalvolla ja laitetaan sitten alumiinioksidiveneen päälle, materiaali ja substraatti kuumennetaan 880 ° C ~ 905 ° C ammoniakkivirtauksessa. Zn-höyry, jonka jälkeen Zn-höyry kuljetetaan alustalle. Nanolangat 2 μm ~ 10 μm kuusikulmaisella poikkileikkausalalla syntyivät 2 min - 10 min kasvuprosessissa. Tutkijat havaitsivat, että ZnO-nanolanka muodostaa luonnollisen laserontelon, jonka halkaisija on 20 nm - 150 nm, ja suurin osa (95 %) sen halkaisijasta on 70 nm - 100 nm. Tutkiakseen nanolankojen stimuloitua emissiota, tutkijat pumppasivat näytteen optisesti kasvihuoneessa Nd:YAG-laserin neljännellä harmonisella lähdöllä (266 nm aallonpituus, 3 ns pulssin leveys). Emissiospektrin evoluution aikana valo lamautuu pumpun tehon kasvaessa. Kun laserointi ylittää ZnO-nanolangan kynnyksen (noin 40 kW/cm), emissiospektrissä näkyy korkein kohta. Näiden korkeimpien pisteiden viivanleveys on alle 0,3 nm, mikä on yli 1/50 pienempi kuin viivan leveys emissiopisteestä kynnyksen alapuolella. Nämä kapeat viivanleveydet ja nopeat päästöintensiteetin kasvut saivat tutkijat päättelemään, että stimuloitua emissiota todellakin esiintyy näissä nanolangoissa. Siksi tämä nanolankaryhmä voi toimia luonnollisena resonaattorina ja siten siitä tulee ihanteellinen mikrolaserlähde. Tutkijat uskovat, että tätä lyhyen aallonpituuden nanolaseria voidaan käyttää optisen laskennan, tiedon tallennuksen ja nanoanalysaattorin aloilla.
3. Kvanttikuoppalaserit
Ennen vuotta 2010 ja sen jälkeen puolijohdesiruun syövytetty viivanleveys saavuttaa 100 nm tai vähemmän, ja elektroneja liikkuu vain muutama, ja elektronin lisääntymisellä ja pienenemisellä on suuri vaikutus sirun toimintaan. piiri. Tämän ongelman ratkaisemiseksi syntyi kvanttikuivolasereita. Kvanttimekaniikassa potentiaalikenttää, joka rajoittaa elektronien liikettä ja kvantisoi ne, kutsutaan kvanttikuivoksi. Tätä kvanttirajoitusta käytetään muodostamaan kvanttienergiatasoja puolijohdelaserin aktiivisessa kerroksessa siten, että energiatasojen välinen elektroninen siirtymä hallitsee laserin, joka on kvanttikuoppalaser, viritettyä säteilyä. Kvanttikuivolasereita on kahta tyyppiä: kvanttiviivalaserit ja kvanttipistelaserit.
① Kvanttiviivalaser
Tutkijat ovat kehittäneet kvanttilankalasereita, jotka ovat 1000 kertaa tehokkaampia kuin perinteiset laserit, ja ottavat suuren askeleen kohti nopeampien tietokoneiden ja viestintälaitteiden luomista. Laserin, joka voi lisätä äänen, videon, Internetin ja muiden viestinnän nopeutta kuituoptisten verkkojen kautta, kehittivät Yalen yliopiston, New Jerseyn Lucent Technologies Bell LABS:n ja Dresdenin Max Planckin fysiikan instituutin tutkijat. Saksa. Nämä tehokkaammat laserit vähentäisivät kalliiden toistimien tarvetta, joita asennetaan 80 km:n (50 mailin) välein viestintälinjaa pitkin, mikä taas tuottaa laserpulsseja, jotka ovat vähemmän voimakkaita kulkiessaan kuidun läpi (toistimet).
Postitusaika: 15.6.2023