Nanolaserul este un fel de micro și nano dispozitiv care este realizat din nanomateriale, cum ar fi nanofirul ca rezonator și poate emite laser sub fotoexcitare sau excitare electrică. Dimensiunea acestui laser este adesea de doar sute de microni sau chiar zeci de microni, iar diametrul este de ordinul nanometrilor, care este o parte importantă a viitorului afișaj cu film subțire, optică integrată și alte domenii.
Clasificarea nanolaserului:
1. Laser cu nanofir
În 2001, cercetătorii de la Universitatea din California, Berkeley, în Statele Unite, au creat cel mai mic laser din lume – nanolazerele – pe firul nanooptic doar o miime din lungimea unui păr uman. Acest laser nu numai că emite lasere ultraviolete, dar poate fi, de asemenea, reglat pentru a emite lasere variind de la albastru la ultraviolete adânci. Cercetătorii au folosit o tehnică standard numită epifitare orientată pentru a crea laserul din cristale de oxid de zinc pur. Mai întâi au „cultivat” nanofire, adică s-au format pe un strat de aur cu un diametru de 20 nm până la 150 nm și o lungime de fire de oxid de zinc pur de 10.000 nm. Apoi, când cercetătorii au activat cristalele de oxid de zinc pur din nanofire cu un alt laser sub seră, cristalele de oxid de zinc pur au emis un laser cu o lungime de undă de numai 17 nm. Astfel de nanolazere ar putea fi utilizate în cele din urmă pentru a identifica substanțele chimice și pentru a îmbunătăți capacitatea de stocare a informațiilor a discurilor computerelor și a computerelor fotonice.
2. Nanolaser ultraviolet
În urma apariției micro-laserelor, laserelor micro-disc, laserelor cu micro-inele și laserelor de avalanșă cuantică, chimistul Yang Peidong și colegii săi de la Universitatea din California, Berkeley, au realizat nanolasere la temperatura camerei. Acest nanolaser cu oxid de zinc poate emite un laser cu o lățime de linie mai mică de 0,3 nm și o lungime de undă de 385 nm sub excitația luminii, care este considerat a fi cel mai mic laser din lume și unul dintre primele dispozitive practice fabricate folosind nanotehnologie. În stadiul inițial de dezvoltare, cercetătorii au prezis că acest nanolaser ZnO este ușor de fabricat, luminozitate ridicată, dimensiuni reduse și performanța este egală sau chiar mai bună decât laserele albastre GaN. Datorită capacității de a realiza rețele de nanofire de înaltă densitate, nanolaserele ZnO pot intra în multe aplicații care nu sunt posibile cu dispozitivele GaAs de astăzi. Pentru a crește astfel de lasere, nanofirul de ZnO este sintetizat prin metoda de transport de gaz care catalizează creșterea cristalelor epitaxiale. În primul rând, substratul de safir este acoperit cu un strat de 1 nm ~ 3,5 nm folie de aur grosime, apoi îl puneți pe o barcă de alumină, materialul și substratul sunt încălzite la 880 ° C ~ 905 ° C în fluxul de amoniac pentru a produce Aburul de Zn, iar apoi aburul de Zn este transportat la substrat. Nanofirele de 2 μm ~ 10 μm cu zonă de secțiune transversală hexagonală au fost generate în procesul de creștere de 2 min ~ 10 min. Cercetătorii au descoperit că nanofirul de ZnO formează o cavitate laser naturală cu un diametru de 20 nm până la 150 nm, iar cea mai mare parte (95%) din diametrul său este de 70 nm până la 100 nm. Pentru a studia emisia stimulată a nanofirelor, cercetătorii au pompat optic proba într-o seră cu a patra ieșire armonică a unui laser Nd:YAG (lungime de undă de 266 nm, lățime de impuls de 3 ns). În timpul evoluției spectrului de emisie, lumina este șchiopătată cu creșterea puterii pompei. Când laserul depășește pragul de nanofir ZnO (aproximativ 40kW/cm), punctul cel mai înalt va apărea în spectrul de emisie. Lățimea liniei acestor puncte cele mai înalte este mai mică de 0,3 nm, ceea ce este cu mai mult de 1/50 mai mică decât lățimea liniei de la vârful de emisie sub prag. Aceste lățimi de linii înguste și creșteri rapide ale intensității emisiilor i-au determinat pe cercetători să concluzioneze că emisia stimulată apare într-adevăr în aceste nanofire. Prin urmare, această matrice de nanofire poate acționa ca un rezonator natural și poate deveni astfel o sursă ideală de micro laser. Cercetătorii cred că acest nanolaser cu lungime de undă scurtă poate fi utilizat în domeniile calculului optic, stocării informațiilor și nanoanalizatorului.
3. Laser cu puțuri cuantice
Înainte și după 2010, lățimea liniei gravată pe cipul semiconductor va ajunge la 100 nm sau mai puțin și vor exista doar câțiva electroni care se vor mișca în circuit, iar creșterea și scăderea unui electron va avea un impact mare asupra funcționării circuit. Pentru a rezolva această problemă, s-au născut laserele cu puțuri cuantice. În mecanica cuantică, un câmp potențial care constrânge mișcarea electronilor și îi cuantizează se numește puț cuantic. Această constrângere cuantică este folosită pentru a forma niveluri de energie cuantică în stratul activ al laserului semiconductor, astfel încât tranziția electronică între nivelurile de energie să domine radiația excitată a laserului, care este un laser cu puțuri cuantice. Există două tipuri de lasere cu puțuri cuantice: lasere cu linie cuantică și lasere cu puncte cuantice.
① Laser cu linie cuantică
Oamenii de știință au dezvoltat lasere cu sârmă cuantică care sunt de 1.000 de ori mai puternice decât laserele tradiționale, făcând un pas mare către crearea de computere și dispozitive de comunicare mai rapide. Laserul, care poate crește viteza audio, video, Internet și alte forme de comunicare prin rețele de fibră optică, a fost dezvoltat de oamenii de știință de la Universitatea Yale, Lucent Technologies Bell LABS din New Jersey și Institutul Max Planck pentru Fizică din Dresda. Germania. Aceste lasere de putere mai mare ar reduce nevoia de Repetoare scumpe, care sunt instalate la fiecare 80 km (50 de mile) de-a lungul liniei de comunicație, producând din nou impulsuri laser care sunt mai puțin intense pe măsură ce călătoresc prin fibră (Repetoare).
Ora postării: 15-jun-2023