Nanolāzers ir sava veida mikro un nano ierīce, kas ir izgatavota no nanomateriāliem, piemēram, nanovadiem kā rezonators, un var izstarot lāzeru fotouzbudinājuma vai elektriskās ierosmes ietekmē. Šī lāzera izmērs bieži vien ir tikai simtiem mikronu vai pat desmitiem mikronu, un diametrs ir līdz nanometru secībai, kas ir svarīga nākotnes plānās plēves displeja, integrētās optikas un citu jomu sastāvdaļa.
Nanolāzera klasifikācija:
1. Nanovadu lāzers
2001. gadā Kalifornijas Universitātes Bērklijā (ASV) pētnieki izveidoja pasaulē mazāko lāzeru – nanolāzerus – uz nanooptiskās stieples, kas ir tikai viena tūkstošdaļa no cilvēka mata garuma. Šis lāzers ne tikai izstaro ultravioletos lāzerus, bet arī to var noregulēt, lai izstarotu lāzerus, sākot no zila līdz dziļam ultravioletajam starojumam. Pētnieki izmantoja standarta paņēmienu, ko sauc par orientētu epifitāciju, lai izveidotu lāzeru no tīriem cinka oksīda kristāliem. Viņi vispirms "audzēja" nanovadus, tas ir, veidoja uz zelta slāņa ar diametru no 20 nm līdz 150 nm un 10 000 nm tīra cinka oksīda stieples. Tad, kad pētnieki aktivizēja tīros cinka oksīda kristālus nanovados ar citu lāzeru zem siltumnīcas, tīrie cinka oksīda kristāli izstaroja lāzeru ar viļņa garumu tikai 17 nm. Šādus nanolāzerus galu galā varētu izmantot, lai identificētu ķīmiskas vielas un uzlabotu datoru disku un fotonisko datoru informācijas uzglabāšanas jaudu.
2. Ultravioletais nanolāzers
Pēc mikrolāzeru, mikrodisku lāzeru, mikrogredzenu lāzeru un kvantu lavīnu lāzeru parādīšanās ķīmiķis Jans Peidongs un viņa kolēģi Kalifornijas universitātē Bērklijā izgatavoja istabas temperatūras nanolāzerus. Šis cinka oksīda nanolāzers gaismas ierosmē var izstarot lāzeru, kura līnijas platums ir mazāks par 0,3 nm un viļņa garums ir 385 nm, kas tiek uzskatīts par mazāko lāzeru pasaulē un vienu no pirmajām praktiskajām ierīcēm, kas ražotas, izmantojot nanotehnoloģiju. Sākotnējā izstrādes stadijā pētnieki prognozēja, ka šis ZnO nanolāzers ir viegli izgatavojams, augsts spilgtums, mazs izmērs un veiktspēja ir vienāda vai pat labāka par GaN zilajiem lāzeriem. Pateicoties spējai izveidot augsta blīvuma nanovadu blokus, ZnO nanolāzeri var iekļūt daudzās lietojumprogrammās, kas nav iespējamas ar mūsdienu GaAs ierīcēm. Lai audzētu šādus lāzerus, ZnO nanovadu sintezē ar gāzes transportēšanas metodi, kas katalizē epitaksiālo kristālu augšanu. Vispirms safīra substrātu pārklāj ar 1 nm ~ 3,5 nm biezas zelta plēves slāni un pēc tam uzliek to uz alumīnija oksīda laivas, materiāls un substrāts tiek uzkarsēts līdz 880 ° C ~ 905 ° C amonjaka plūsmā, lai iegūtu Zn tvaiks, un pēc tam Zn tvaiks tiek transportēts uz substrātu. Nanovadi no 2μm ~ 10μm ar sešstūra šķērsgriezuma laukumu tika radīti augšanas procesā 2min ~ 10min. Pētnieki atklāja, ka ZnO nanovads veido dabisku lāzera dobumu ar diametru no 20 nm līdz 150 nm, un lielākā daļa (95%) tā diametra ir no 70 nm līdz 100 nm. Lai izpētītu stimulēto nanovadu emisiju, pētnieki optiski sūknēja paraugu siltumnīcā ar Nd:YAG lāzera ceturto harmonisko izvadi (266 nm viļņa garums, 3 ns impulsa platums). Emisijas spektra evolūcijas laikā gaisma tiek traucēta, palielinoties sūkņa jaudai. Kad lāzers pārsniedz ZnO nanovadu slieksni (apmēram 40kW/cm), emisijas spektrā parādīsies augstākais punkts. Šo augstāko punktu līnijas platums ir mazāks par 0,3 nm, kas ir par vairāk nekā 1/50 mazāks nekā līnijas platums no emisijas virsotnes zem sliekšņa. Šie šaurie līniju platumi un straujais emisijas intensitātes pieaugums lika pētniekiem secināt, ka stimulēta emisija patiešām notiek šajos nanovados. Tāpēc šis nanovadu bloks var darboties kā dabisks rezonators un tādējādi kļūt par ideālu mikro lāzera avotu. Pētnieki uzskata, ka šo īsviļņu garuma nanolāzeru var izmantot optiskās skaitļošanas, informācijas uzglabāšanas un nanoanalizatora jomās.
3. Kvantu akas lāzeri
Pirms un pēc 2010. gada pusvadītāju mikroshēmā iegravētais līnijas platums sasniegs 100 nm vai mazāk, un ķēdē kustēsies tikai daži elektroni, un elektrona palielināšanās un samazināšanās ļoti ietekmēs mikroshēmas darbību. ķēde. Lai atrisinātu šo problēmu, radās kvantu aku lāzeri. Kvantu mehānikā potenciālu lauku, kas ierobežo elektronu kustību un kvantizē tos, sauc par kvantu aku. Šo kvantu ierobežojumu izmanto, lai veidotu kvantu enerģijas līmeņus pusvadītāju lāzera aktīvajā slānī, lai elektroniskā pāreja starp enerģijas līmeņiem dominētu lāzera ierosinātajā starojumā, kas ir kvantu akas lāzers. Ir divu veidu kvantu aku lāzeri: kvantu līniju lāzeri un kvantu punktu lāzeri.
① Kvantu līniju lāzers
Zinātnieki ir izstrādājuši kvantu vadu lāzerus, kas ir 1000 reižu jaudīgāki par tradicionālajiem lāzeriem, sperot lielu soli ātrāku datoru un sakaru ierīču radīšanā. Lāzeru, kas var palielināt audio, video, interneta un citu saziņas veidu ātrumu optiskās šķiedras tīklos, izstrādāja zinātnieki Jēlas Universitātē, Lucent Technologies Bell LABS Ņūdžersijā un Maksa Planka Fizikas institūtā Drēzdenē. Vācija. Šie jaudīgākie lāzeri samazinātu nepieciešamību pēc dārgiem retranslatoriem, kas tiek uzstādīti ik pēc 80 km (50 jūdzēm) gar sakaru līniju, atkal radot lāzera impulsus, kas ir mazāk intensīvi, kad tie pārvietojas pa šķiedru (atkārtotāji).
Izlikšanas laiks: 15. jūnijs 2023