Nanolaser is 'n soort mikro- en nanotoestel wat van nanomateriale soos nanodraad as 'n resonator gemaak word en 'n laser kan uitstraal onder foto-opwekking of elektriese opwekking. Die grootte van hierdie laser is dikwels slegs honderde mikrons of selfs tiene mikrons, en die deursnee is tot die nanometer-orde, wat 'n belangrike deel van die toekomstige dunfilmskerm, geïntegreerde optika en ander velde is.
Klassifikasie van nanolaser:
1. Nanodraadlaser
In 2001 het navorsers aan die Universiteit van Kalifornië, Berkeley, in die Verenigde State, die wêreld se kleinste laser – nanolasers – op die nanooptiese draad geskep wat slegs eenduisendste van die lengte van 'n menslike haar is. Hierdie laser straal nie net ultravioletlasers uit nie, maar kan ook ingestel word om lasers uit te straal wat wissel van blou tot diep ultraviolet. Die navorsers het 'n standaardtegniek genaamd georiënteerde epifitasie gebruik om die laser uit suiwer sinkoksiedkristalle te skep. Hulle het eers nanodrade “gekweek”, dit wil sê, gevorm op 'n goudlaag met 'n deursnee van 20 nm tot 150 nm en 'n lengte van 10 000 nm suiwer sinkoksieddrade. Toe die navorsers die suiwer sinkoksiedkristalle in die nanodrade met 'n ander laser onder die kweekhuis geaktiveer het, het die suiwer sinkoksiedkristalle 'n laser met 'n golflengte van slegs 17 nm uitgestraal. Sulke nanolasers kan uiteindelik gebruik word om chemikalieë te identifiseer en die inligtingbergingskapasiteit van rekenaarskywe en fotoniese rekenaars te verbeter.
2. Ultraviolet-nanolaser
Na die koms van mikrolasers, mikroskyflasers, mikroringlasers en kwantumlawinalasers, het chemikus Yang Peidong en sy kollegas aan die Universiteit van Kalifornië, Berkeley, kamertemperatuur-nanolasers vervaardig. Hierdie sinkoksied-nanolaser kan 'n laser met 'n lynwydte van minder as 0.3 nm en 'n golflengte van 385 nm onder ligopwekking uitstraal, wat beskou word as die kleinste laser ter wêreld en een van die eerste praktiese toestelle wat met behulp van nanotegnologie vervaardig is. In die aanvanklike stadium van ontwikkeling het die navorsers voorspel dat hierdie ZnO-nanolaser maklik is om te vervaardig, hoë helderheid, klein grootte het, en die werkverrigting gelyk is aan of selfs beter as GaN-bloulasers. As gevolg van die vermoë om hoëdigtheid-nanodraadskikkings te maak, kan ZnO-nanolasers baie toepassings betree wat nie met vandag se GaAs-toestelle moontlik is nie. Om sulke lasers te kweek, word ZnO-nanodraad gesintetiseer deur die gasvervoermetode wat epitaksiale kristalgroei kataliseer. Eers word die saffiersubstraat bedek met 'n laag goudfilm van 1 nm ~ 3.5 nm dik, en dan op 'n alumina-boot geplaas, die materiaal en die substraat word verhit tot 880 °C ~ 905 °C in die ammoniakvloei om Zn-stoom te produseer, en dan word die Zn-stoom na die substraat vervoer. Nanodrade van 2μm ~ 10μm met 'n seshoekige dwarssnitarea is gegenereer in die groeiproses van 2min ~ 10min. Die navorsers het bevind dat ZnO-nanodraad 'n natuurlike laserholte vorm met 'n deursnee van 20nm tot 150nm, en die meeste (95%) van sy deursnee is 70nm tot 100nm. Om die gestimuleerde emissie van die nanodrade te bestudeer, het die navorsers die monster opties in 'n kweekhuis gepomp met die vierde harmoniese uitset van 'n Nd:YAG-laser (266nm golflengte, 3ns pulswydte). Tydens die evolusie van die emissiespektrum word die lig gelameer met die toename van die pompkrag. Wanneer die lasering die drempel van die ZnO-nanodraad (ongeveer 40 kW/cm) oorskry, sal die hoogste punt in die emissiespektrum verskyn. Die lynwydte van hierdie hoogste punte is minder as 0.3 nm, wat meer as 1/50 minder is as die lynwydte vanaf die emissiehoekpunt onder die drempel. Hierdie nou lynwydtes en vinnige toenames in emissie-intensiteit het die navorsers tot die gevolgtrekking gelei dat gestimuleerde emissie wel in hierdie nanodrade voorkom. Daarom kan hierdie nanodraadskikking as 'n natuurlike resonator optree en dus 'n ideale mikrolaserbron word. Die navorsers glo dat hierdie kortgolflengte-nanolaser gebruik kan word in die velde van optiese berekening, inligtingberging en nano-analiseerder.
3. Kwantumputlasers
Voor en na 2010 sal die lynwydte wat op die halfgeleierskyfie geëts word, 100 nm of minder bereik, en daar sal slegs 'n paar elektrone in die stroombaan beweeg, en die toename en afname van 'n elektron sal 'n groot impak op die werking van die stroombaan hê. Om hierdie probleem op te los, is kwantumputlasers gebore. In kwantummeganika word 'n potensiële veld wat die beweging van elektrone beperk en hulle kwantiseer, 'n kwantumput genoem. Hierdie kwantumbeperking word gebruik om kwantumenergievlakke in die aktiewe laag van die halfgeleierlaser te vorm, sodat die elektroniese oorgang tussen die energievlakke die opgewekte straling van die laser, wat 'n kwantumputlaser is, oorheers. Daar is twee tipes kwantumputlasers: kwantumlynlasers en kwantumpuntlasers.
① Kwantumlynlaser
Wetenskaplikes het kwantumdraadlasers ontwikkel wat 1 000 keer kragtiger is as tradisionele lasers, wat 'n groot stap neem in die rigting van die skep van vinniger rekenaars en kommunikasietoestelle. Die laser, wat die spoed van klank, video, internet en ander vorme van kommunikasie oor veseloptiese netwerke kan verhoog, is ontwikkel deur wetenskaplikes aan die Yale Universiteit, Lucent Technologies Bell LABS in New Jersey en die Max Planck Instituut vir Fisika in Dresden, Duitsland. Hierdie hoër-krag lasers sal die behoefte aan duur herhalers verminder, wat elke 80 km (50 myl) langs die kommunikasielyn geïnstalleer word, wat weer laserpulse produseer wat minder intens is soos hulle deur die vesel (herhalers) beweeg.
Plasingstyd: 15 Junie 2023