Нанолазерът е вид микро и нано устройство, което е направено от наноматериали като наножица като резонатор и може да излъчва лазер при фотовъзбуждане или електрическо възбуждане.Размерът на този лазер често е само стотици микрони или дори десетки микрони, а диаметърът е до нанометров порядък, което е важна част от бъдещия тънкослоен дисплей, интегрирана оптика и други области.
Класификация на нанолазера:
1. Нанопроводников лазер
През 2001 г. изследователи от Калифорнийския университет в Бъркли, Съединените щати, създадоха най-малкия лазер в света – нанолазери – върху нанооптична жица, дълга само една хилядна от дължината на човешки косъм.Този лазер не само излъчва ултравиолетови лазери, но също така може да бъде настроен да излъчва лазери, вариращи от синьо до дълбоко ултравиолетово.Изследователите са използвали стандартна техника, наречена ориентирана епифитация, за да създадат лазера от кристали от чист цинков оксид.Те първо „култивираха“ нанопроводници, тоест оформени върху златен слой с диаметър от 20 nm до 150 nm и дължина 10 000 nm чисти проводници от цинков оксид.След това, когато изследователите активираха кристалите от чист цинков оксид в нанопроводниците с друг лазер под оранжерията, кристалите от чист цинков оксид излъчиха лазер с дължина на вълната само 17 nm.Такива нанолазери биха могли евентуално да се използват за идентифициране на химикали и подобряване на капацитета за съхранение на информация на компютърни дискове и фотонни компютри.
2. Ултравиолетов нанолазер
След появата на микролазери, микродискови лазери, микропръстенови лазери и квантови лавинни лазери, химикът Янг Пейдонг и колегите му от Калифорнийския университет в Бъркли създадоха нанолазери със стайна температура.Този нанолазер с цинков оксид може да излъчва лазер с ширина на линията по-малка от 0,3 nm и дължина на вълната 385 nm при светлинно възбуждане, което се счита за най-малкия лазер в света и едно от първите практични устройства, произведени с помощта на нанотехнологии.В началния етап на разработка изследователите прогнозираха, че този ZnO нанолазер е лесен за производство, висока яркост, малък размер и производителност е равна или дори по-добра от GaN сините лазери.Поради способността да правят масиви от нанопроводници с висока плътност, ZnO нанолазерите могат да влязат в много приложения, които не са възможни с днешните GaAs устройства.За да се отглеждат такива лазери, ZnO наножица се синтезира чрез метод за транспортиране на газ, който катализира растежа на епитаксиалните кристали.Първо, сапфиреният субстрат се покрива със слой от златен филм с дебелина 1 nm ~ 3,5 nm и след това се поставя върху алуминиева лодка, материалът и субстратът се нагряват до 880 ° C ~ 905 ° C в потока на амоняк, за да се получи Zn пара и след това Zn парата се транспортира до субстрата.Нанопроводници от 2 μm ~ 10 μm с шестоъгълна площ на напречното сечение бяха генерирани в процеса на растеж от 2 min ~ 10 min.Изследователите откриха, че наножицата ZnO образува естествена лазерна кухина с диаметър от 20 nm до 150 nm, а по-голямата част (95%) от нейния диаметър е 70 nm до 100 nm.За да изследват стимулираното излъчване на нанопроводниците, изследователите оптично изпомпват пробата в оранжерия с четвъртия хармоничен изход на Nd:YAG лазер (266 nm дължина на вълната, 3ns ширина на импулса).По време на еволюцията на емисионния спектър светлината се забавя с увеличаване на мощността на помпата.Когато генерацията надхвърли прага на ZnO нанотел (около 40kW/cm), най-високата точка ще се появи в емисионния спектър.Ширината на линията на тези най-високи точки е по-малка от 0,3 nm, което е повече от 1/50 по-малко от ширината на линията от върха на емисията под прага.Тези тесни ширини на линиите и бързо нарастване на интензитета на емисиите доведоха изследователите до заключението, че стимулираните емисии наистина се появяват в тези нанопроводници.Следователно този масив от нанопроводници може да действа като естествен резонатор и по този начин да се превърне в идеален микро лазерен източник.Изследователите смятат, че този нанолазер с къса дължина на вълната може да се използва в областта на оптичните изчисления, съхранението на информация и наноанализаторите.
3. Лазери с квантови ямки
Преди и след 2010 г. ширината на линията, гравирана върху полупроводниковия чип, ще достигне 100n или по-малко и ще има само няколко електрона, движещи се във веригата, а увеличаването и намаляването на един електрон ще окаже голямо влияние върху работата на верига.За да се реши този проблем, се родиха лазери с квантови кладенци.В квантовата механика потенциално поле, което ограничава движението на електроните и ги квантува, се нарича квантова яма.Това квантово ограничение се използва за формиране на квантови енергийни нива в активния слой на полупроводниковия лазер, така че електронният преход между енергийните нива доминира над възбуденото излъчване на лазера, който е лазер с квантова яма.Има два типа лазери с квантови ямки: лазери с квантови линии и лазери с квантови точки.
① Квантов линеен лазер
Учените са разработили квантови жични лазери, които са 1000 пъти по-мощни от традиционните лазери, като правят голяма крачка към създаването на по-бързи компютри и комуникационни устройства.Лазерът, който може да увеличи скоростта на аудио, видео, интернет и други форми на комуникация през фиброоптични мрежи, е разработен от учени от Йейлския университет, Lucent Technologies Bell LABS в Ню Джърси и Института по физика Макс Планк в Дрезден, Германия.Тези лазери с по-висока мощност ще намалят нуждата от скъпи ретранслатори, които се инсталират на всеки 80 км (50 мили) по протежение на комуникационната линия, като отново произвеждат лазерни импулси, които са по-малко интензивни, докато пътуват през влакното (ретранслатори).
Време на публикуване: 15 юни 2023 г