Nanolāzers ir sava veida mikro un nanoierīce, kas izgatavota no nanomateriāliem, piemēram, nanovada, kas darbojas kā rezonators, un var izstarot lāzeru fotoierosmes vai elektriskās ierosmes ietekmē. Šī lāzera izmērs bieži vien ir tikai simtiem mikronu vai pat desmitiem mikronu, un diametrs ir līdz nanometru kārtai, kas ir svarīga nākotnes plāno kārtiņu displeju, integrētās optikas un citu jomu sastāvdaļa.
Nanolāzera klasifikācija:
1. Nanovadu lāzers
2001. gadā Kalifornijas Universitātes Bērklijā, ASV, pētnieki uz nanooptiskā vada, kas ir tikai viena tūkstošdaļa no cilvēka mata garuma, izveidoja pasaulē mazāko lāzeru – nanolāzerus. Šis lāzers ne tikai izstaro ultravioletos lāzerus, bet to var arī noregulēt, lai izstarotu lāzerus no zila līdz dziļam ultravioletam. Pētnieki izmantoja standarta metodi, ko sauc par orientētu epifitāciju, lai izveidotu lāzeru no tīra cinka oksīda kristāliem. Vispirms viņi "kultivēja" nanovadus, tas ir, izveidoja nanovadus uz zelta slāņa ar diametru no 20 nm līdz 150 nm un tīra cinka oksīda vadu garumu 10 000 nm. Pēc tam, kad pētnieki aktivizēja tīrā cinka oksīda kristālus nanovados ar citu lāzeru zem siltumnīcas, tīrā 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 glabāšanas ietilpību.
2. Ultravioletais nanolāzers
Pēc mikrolāzeru, mikrodisku lāzeru, mikrogredzenu lāzeru un kvantu lavīnu lāzeru parādīšanās ķīmiķis Jangs Peidongs un viņa kolēģi Kalifornijas Universitātē, Bērklijā, izgatavoja istabas temperatūras nanolāzerus. Šis cinka oksīda nanolāzers gaismas ierosmes ietekmē var izstarot lāzeru ar līnijas platumu, kas mazāks par 0,3 nm, un viļņa garumu 385 nm, kas tiek uzskatīts par mazāko lāzeru pasaulē un vienu no pirmajām praktiskajām ierīcēm, kas ražotas, izmantojot nanotehnoloģiju. Izstrādes sākotnējā posmā pētnieki prognozēja, ka šo ZnO nanolāzeru ir viegli izgatavot, tam ir augsts spilgtums, mazs izmērs un veiktspēja ir līdzvērtīga vai pat labāka par GaN zilajiem lāzeriem. Pateicoties spējai izveidot augsta blīvuma nanovadu masīvus, ZnO nanolāzerus var izmantot daudzās jomās, kas nav iespējamas ar mūsdienu GaAs ierīcēm. Lai audzētu šādus lāzerus, ZnO nanovads tiek sintezēts ar gāzes transportēšanas metodi, kas katalizē epitaksiālu kristālu augšanu. Vispirms safīra substrāts tiek pārklāts ar 1 nm ~ 3,5 nm biezu zelta plēvi, un pēc tam to novieto uz alumīnija oksīda laivas, materiāls un substrāts tiek uzkarsēti līdz 880 °C ~ 905 °C amonjaka plūsmā, lai iegūtu Zn tvaiku, un pēc tam Zn tvaiks tiek transportēts uz substrātu. 2 min ~ 10 minūšu augšanas procesā tika ģenerēti 2 μm ~ 10 μm nanovadi ar sešstūra šķērsgriezuma laukumu. Pētnieki atklāja, ka ZnO nanovads veido dabisku lāzera rezonatoru ar diametru no 20 nm līdz 150 nm, un lielākā daļa (95%) tā diametra ir no 70 nm līdz 100 nm. Lai pētītu nanovadu stimulēto emisiju, pētnieki optiski sūknēja paraugu siltumnīcā ar Nd:YAG lāzera ceturtās harmonikas izeju (266 nm viļņa garums, 3 ns impulsa platums). Emisijas spektra evolūcijas laikā gaisma tiek pastiprināta, palielinoties sūkņa jaudai. Kad lāzera starojums pārsniedz ZnO nanovada slieksni (aptuveni 40 kW/cm), emisijas spektrā parādīsies augstākais punkts. Šo augstāko punktu līnijas platums ir mazāks par 0,3 nm, kas ir vairāk nekā par 1/50 mazāks nekā līnijas platums no emisijas virsotnes zem sliekšņa. Šie šaurie līniju platumi un straujais emisijas intensitātes pieaugums lika pētniekiem secināt, ka šajos nanovados patiešām notiek stimulēta emisija. Tādēļ šis nanovadu masīvs var darboties kā dabisks rezonators un tādējādi kļūt par ideālu mikrolāzera avotu. Pētnieki uzskata, ka šo īsviļņu nanolāzeru var izmantot optisko skaitļošanas, informācijas glabāšanas un nanoanalizatoru jomā.
3. Kvantu aku lāzeri
Pirms un pēc 2010. gada pusvadītāju mikroshēmā iegravētā līnijas platums sasniegs 100 nm vai mazāk, un ķēdē kustēsies tikai daži elektroni, un elektrona lieluma palielināšanās un samazināšanās būtiski ietekmēs ķēdes darbību. Lai atrisinātu šo problēmu, radās kvantu aku lāzeri. Kvantu mehānikā potenciāla lauku, kas ierobežo elektronu kustību un kvantizē tos, sauc par kvantu aku. Šo kvantu ierobežojumu izmanto, lai pusvadītāju lāzera aktīvajā slānī veidotu kvantu enerģijas līmeņus, lai elektroniskā pāreja starp enerģijas līmeņiem dominētu lāzera ierosinātajā starojumā, kas ir kvantu aku lāzers. Ir divu veidu kvantu aku lāzeri: kvantu līniju lāzeri un kvantu punktu lāzeri.
① Kvantu līniju lāzers
Zinātnieki ir izstrādājuši kvantu stiepļu lāzerus, kas ir 1000 reižu jaudīgāki nekā tradicionālie lāzeri, sperot lielu soli ātrāku datoru un sakaru ierīču radīšanas virzienā. Lāzeru, kas var palielināt audio, video, interneta un citu saziņas veidu ātrumu optisko šķiedru tīklos, izstrādāja Jeilas Universitātes, Lucent Technologies Bell LABS Ņūdžersijā un Maksa Planka Fizikas institūta Drēzdenē, Vācijā, zinātnieki. Šie jaudīgākie lāzeri samazinātu nepieciešamību pēc dārgiem atkārtotājiem, kas tiek uzstādīti ik pēc 80 km (50 jūdzēm) gar sakaru līniju, atkal radot lāzera impulsus, kas ir mazāk intensīvi, pārvietojoties pa šķiedru (atkārtotāji).
Publicēšanas laiks: 2023. gada 15. jūnijs