Το Nanolaser είναι ένα είδος μικρο -και νανο -συσκευής που είναι κατασκευασμένο από νανοϋλικά όπως νανοσωλήνα ως συντονιστής και μπορεί να εκπέμπει λέιζερ κάτω από φωτοεξυπηρέτηση ή ηλεκτρική διέγερση. Το μέγεθος αυτού του λέιζερ είναι συχνά μόνο εκατοντάδες μικρά ή ακόμα και δεκάδες μικρά και η διάμετρος είναι μέχρι τη σειρά νανομέτρων, η οποία αποτελεί σημαντικό μέρος της μελλοντικής απεικόνισης λεπτών ταινιών, ενσωματωμένων οπτικών και άλλων πεδίων.
Ταξινόμηση του Nanolaser:
1. Nanowire Laser
Το 2001, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, Berkeley, στις Ηνωμένες Πολιτείες, δημιούργησαν το μικρότερο λέιζερ στον κόσμο-νανοκολούλια-στο νανοοπτικό σύρμα μόνο το ένα χιλιοστό του μήκους μιας ανθρώπινης τρίχας. Αυτό το λέιζερ όχι μόνο εκπέμπει υπεριώδη λέιζερ, αλλά μπορεί επίσης να συντονιστεί για να εκπέμπει λέιζερ που κυμαίνονται από μπλε έως βαθιά υπεριώδη. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τυποποιημένη τεχνική που ονομάζεται προσανατολισμένη επιφανεία για να δημιουργήσει το λέιζερ από κρυστάλλους καθαρού οξειδίου ψευδαργύρου. Πρώτα «καλλιεργημένα» νανοσωλήνες, δηλαδή σχηματίζονται σε ένα χρυσό στρώμα με διάμετρο 20nm έως 150nm και μήκος 10.000 nm καλώδια καθαρού ψευδαργύρου. Στη συνέχεια, όταν οι ερευνητές ενεργοποίησαν τους κρυστάλλους καθαρού οξειδίου ψευδαργύρου στα νανοσωλήνες με ένα άλλο λέιζερ κάτω από το θερμοκήπιο, οι κρύσταλλοι οξειδίου του καθαρού ψευδαργύρου εκπέμπουν ένα λέιζερ με μήκος κύματος μόνο 17nm. Τέτοιοι νανοκολούροι θα μπορούσαν τελικά να χρησιμοποιηθούν για τον εντοπισμό χημικών ουσιών και τη βελτίωση της ικανότητας αποθήκευσης πληροφοριών των δίσκων υπολογιστών και των φωτονικών υπολογιστών.
2. Υπερδρεμβιώδης νανογράφο
Μετά την έλευση των μικρο-ασκών, των λέιζερ μικρο-δίσκου, των λέιζερ μικρο-δακτυλίου και των κβαντικών λέιζερ χιονοστιβάδας, του χημικού Yang Peidong και των συναδέλφων του στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Berkeley, έκαναν νανο-θερμοκρασία δωματίου. Αυτό το νανοσασκάλες οξειδίου του ψευδαργύρου μπορεί να εκπέμπει λέιζερ με ένα γραμμικό εύρος μικρότερο από 0,3Nm και μήκος κύματος 385nm υπό διέγερση φωτός, το οποίο θεωρείται το μικρότερο λέιζερ στον κόσμο και μία από τις πρώτες πρακτικές συσκευές που κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας νανοτεχνολογία. Στο αρχικό στάδιο της ανάπτυξης, οι ερευνητές προέβλεπαν ότι αυτό το νανοσασκάλες ZnO είναι εύκολο να κατασκευαστεί, η υψηλή φωτεινότητα, το μικρό μέγεθος και η απόδοση είναι ίση ή ακόμα καλύτερη από το Gan Blue Lasers. Λόγω της ικανότητας να δημιουργούν συστοιχίες νανοσωματιδίων υψηλής πυκνότητας, οι νανοκατασκευές ZnO μπορούν να εισέλθουν σε πολλές εφαρμογές που δεν είναι δυνατές με τις σημερινές συσκευές GAAS. Προκειμένου να αναπτυχθούν τέτοια λέιζερ, το ZnO Nanowire συντίθεται με τη μέθοδο μεταφοράς αερίου που καταλύει την επιταξιακή ανάπτυξη κρυστάλλων. Πρώτον, το υπόστρωμα ζαφείρι επικαλύπτεται με ένα στρώμα 1 nm ~ 3,5nm χρυσό μεμβράνη και στη συνέχεια το τοποθετείται σε βάρκα αλουμίνας, το υλικό και το υπόστρωμα θερμαίνονται στους 880 ° C ~ 905 ° C στη ροή αμμωνίας για να παράγουν ατμό Zn και στη συνέχεια ο ατμός Zn μεταφέρεται στο υπόστρωμα. Τα νανοσωλήνες 2 μm ~ 10 μm με εξαγωνική περιοχή διατομής δημιουργήθηκαν στη διαδικασία ανάπτυξης των 2 λεπτών ~ 10 λεπτών. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το ZnO Nanowire σχηματίζει μια φυσική κοιλότητα λέιζερ με διάμετρο 20nm έως 150nm και οι περισσότεροι (95%) της διαμέτρου του είναι 70nm έως 100nm. Για να μελετηθεί η διεγερμένη εκπομπή των νανοσωματιδίων, οι ερευνητές αντλούσαν οπτικά το δείγμα σε ένα θερμοκήπιο με την τέταρτη αρμονική παραγωγή ενός λέιζερ ND: YAG (μήκος κύματος 266nm, πλάτος παλμού 3NS). Κατά τη διάρκεια της εξέλιξης του φάσματος εκπομπής, το φως στρέφεται με την αύξηση της ισχύος της αντλίας. Όταν το Lasing υπερβαίνει το κατώφλι του ZnO Nanowire (περίπου 40kW/cm), το υψηλότερο σημείο θα εμφανιστεί στο φάσμα εκπομπών. Το πλάτος γραμμής αυτών των υψηλότερων σημείων είναι μικρότερο από 0,3Nm, το οποίο είναι περισσότερο από 1/50 μικρότερο από το πλάτος της γραμμής από την κορυφή εκπομπής κάτω από το κατώφλι. Αυτά τα στενά ζυμώματα και ταχεία αύξηση της έντασης εκπομπών οδήγησαν τους ερευνητές να καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι η διεγερμένη εκπομπή εμφανίζεται πράγματι σε αυτά τα νανοσωλήνες. Ως εκ τούτου, αυτή η συστοιχία nanowire μπορεί να λειτουργήσει ως φυσικό αντηχητικό και έτσι να γίνει μια ιδανική πηγή μικρο -λέιζερ. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτό το νανοσασκάλες μικρού μήκους κύματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα πεδία της οπτικής πληροφορικής, της αποθήκευσης πληροφοριών και του Nanoanalyzer.
3. Κβαντικά λέιζερ καλά
Πριν και μετά το 2010, το πλάτος της γραμμής χαραγμένο στο τσιπ ημιαγωγών θα φτάσει τα 100nm ή λιγότερο και θα υπάρξουν μόνο μερικά ηλεκτρόνια που κινούνται στο κύκλωμα και η αύξηση και η μείωση ενός ηλεκτρονίου θα έχουν μεγάλο αντίκτυπο στη λειτουργία του κυκλώματος. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, γεννήθηκαν κβαντικά λέιζερ. Στην κβαντική μηχανική, ένα δυνητικό πεδίο που περιορίζει την κίνηση των ηλεκτρονίων και τα ποσοστά τους ονομάζεται κβαντικό πηγάδι. Αυτός ο κβαντικός περιορισμός χρησιμοποιείται για να σχηματίσει επίπεδα κβαντικής ενέργειας στο ενεργό στρώμα του λέιζερ ημιαγωγού, έτσι ώστε η ηλεκτρονική μετάβαση μεταξύ των επιπέδων ενέργειας να κυριαρχεί στην διεγερμένη ακτινοβολία του λέιζερ, που είναι ένα κβαντικό λέιζερ. Υπάρχουν δύο τύποι λέιζερ κβαντικών φρεατίων: λέιζερ κβαντικής γραμμής και λέιζερ κβαντικής κουκίδων.
① Λέιζερ κβαντικής γραμμής
Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει κβαντικά λέιζερ καλωδίων που είναι 1.000 φορές πιο ισχυρά από τα παραδοσιακά λέιζερ, κάνοντας ένα μεγάλο βήμα προς τη δημιουργία ταχύτερων υπολογιστών και συσκευών επικοινωνίας. Το λέιζερ, το οποίο μπορεί να αυξήσει την ταχύτητα του ήχου, του βίντεο, του διαδικτύου και άλλων μορφών επικοινωνίας μέσω δικτύων οπτικών ινών, αναπτύχθηκε από επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Yale, Lucent Technologies Bell Labs στο New Jersey και στο Ινστιτούτο Φυσικής Max Planck στη Δρέσδη της Γερμανίας. Αυτά τα λέιζερ υψηλότερης ισχύος θα μειώσουν την ανάγκη για ακριβούς επαναλήπτες, οι οποίοι εγκαθίστανται κάθε 80 χιλιόμετρα (50 μίλια) κατά μήκος της γραμμής επικοινωνίας, παράγοντας και πάλι παλμούς λέιζερ που είναι λιγότερο έντονες καθώς ταξιδεύουν μέσω των ινών (επαναλήπτες).
Χρόνος δημοσίευσης: Ιούνιος 15-2023