Το Nanolaser είναι ένα είδος μικρο-και νανο συσκευής που αποτελείται από νανοϋλικά όπως το νανοσύρμα ως αντηχείο και μπορεί να εκπέμπει λέιζερ υπό φωτοδιέγερση ή ηλεκτρική διέγερση.Το μέγεθος αυτού του λέιζερ είναι συχνά μόνο εκατοντάδες μικρά ή ακόμα και δεκάδες μικρά, και η διάμετρος είναι της τάξης των νανομέτρων, που είναι σημαντικό μέρος της μελλοντικής οθόνης λεπτής μεμβράνης, των ενσωματωμένων οπτικών και άλλων πεδίων.
Ταξινόμηση νανολέιζερ:
1. Νανοσύρμα λέιζερ
Το 2001, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Μπέρκλεϋ, στις Ηνωμένες Πολιτείες, δημιούργησαν το μικρότερο λέιζερ στον κόσμο - νανολέιζερ - στο νανοοπτικό σύρμα μόνο στο ένα χιλιοστό του μήκους μιας ανθρώπινης τρίχας.Αυτό το λέιζερ δεν εκπέμπει μόνο υπεριώδη λέιζερ, αλλά μπορεί επίσης να ρυθμιστεί ώστε να εκπέμπει λέιζερ που κυμαίνονται από μπλε έως βαθύ υπεριώδες.Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τυπική τεχνική που ονομάζεται oriented epiphytation για να δημιουργήσουν το λέιζερ από καθαρούς κρυστάλλους οξειδίου του ψευδαργύρου.Πρώτα «καλλιέργησαν» νανοσύρματα, δηλαδή σχηματίστηκαν σε ένα στρώμα χρυσού με διάμετρο από 20 nm έως 150 nm και μήκος 10.000 nm σύρματα καθαρού οξειδίου του ψευδαργύρου.Στη συνέχεια, όταν οι ερευνητές ενεργοποίησαν τους καθαρούς κρυστάλλους οξειδίου του ψευδαργύρου στα νανοσύρματα με ένα άλλο λέιζερ κάτω από το θερμοκήπιο, οι καθαροί κρύσταλλοι οξειδίου του ψευδαργύρου εξέπεμψαν ένα λέιζερ με μήκος κύματος μόνο 17 nm.Τέτοια νανολέιζερ θα μπορούσαν τελικά να χρησιμοποιηθούν για την αναγνώριση χημικών ουσιών και τη βελτίωση της ικανότητας αποθήκευσης πληροφοριών των δίσκων υπολογιστών και των φωτονικών υπολογιστών.
2. Νανολέιζερ υπεριώδους
Μετά την εμφάνιση των μικρολέιζερ, λέιζερ μικροδισκών, λέιζερ μικροδακτυλίων και λέιζερ κβαντικής χιονοστιβάδας, ο χημικός Yang Peidong και οι συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, κατασκεύασαν νανολέιζερ θερμοκρασίας δωματίου.Αυτό το νανολέιζερ οξειδίου του ψευδαργύρου μπορεί να εκπέμπει ένα λέιζερ με πλάτος γραμμής μικρότερο από 0,3 nm και μήκος κύματος 385 nm υπό διέγερση φωτός, το οποίο θεωρείται το μικρότερο λέιζερ στον κόσμο και μία από τις πρώτες πρακτικές συσκευές που κατασκευάζονται με χρήση νανοτεχνολογίας.Στο αρχικό στάδιο της ανάπτυξης, οι ερευνητές προέβλεψαν ότι αυτό το νανολέιζερ ZnO είναι εύκολο στην κατασκευή, υψηλή φωτεινότητα, μικρό μέγεθος και η απόδοση είναι ίση ή και καλύτερη από τα μπλε λέιζερ GaN.Λόγω της ικανότητας δημιουργίας συστοιχιών νανοσυρμάτων υψηλής πυκνότητας, τα νανολέιζερ ZnO μπορούν να εισέλθουν σε πολλές εφαρμογές που δεν είναι δυνατές με τις σημερινές συσκευές GaAs.Προκειμένου να αναπτυχθούν τέτοια λέιζερ, το νανοσύρμα ZnO συντίθεται με τη μέθοδο μεταφοράς αερίου που καταλύει την επιταξιακή ανάπτυξη κρυστάλλων.Πρώτα, το υπόστρωμα ζαφείρι επικαλύπτεται με ένα στρώμα χρυσού φιλμ πάχους 1 nm~3,5 nm και στη συνέχεια το τοποθετούμε σε ένα σκάφος αλουμίνας, το υλικό και το υπόστρωμα θερμαίνονται στους 880 ° C ~ 905 ° C στη ροή αμμωνίας για να παραχθεί Ο ατμός Zn, και στη συνέχεια ο ατμός Zn μεταφέρεται στο υπόστρωμα.Νανοσύρματα 2μm~10μm με εξαγωνική επιφάνεια διατομής δημιουργήθηκαν στη διαδικασία ανάπτυξης 2min~10min.Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το νανοσύρμα ZnO σχηματίζει μια φυσική κοιλότητα λέιζερ με διάμετρο από 20nm έως 150nm και το μεγαλύτερο μέρος (95%) της διαμέτρου του είναι 70nm έως 100nm.Για να μελετήσουν την διεγερμένη εκπομπή των νανοσυρμάτων, οι ερευνητές άντλησαν οπτικά το δείγμα σε ένα θερμοκήπιο με την τέταρτη αρμονική έξοδο ενός λέιζερ Nd:YAG (μήκος κύματος 266 nm, πλάτος παλμού 3 ns).Κατά τη διάρκεια της εξέλιξης του φάσματος εκπομπών, το φως συγκρατείται με την αύξηση της ισχύος της αντλίας.Όταν το lasing υπερβεί το όριο του νανοσύρματος ZnO (περίπου 40 kW/cm), θα εμφανιστεί το υψηλότερο σημείο στο φάσμα εκπομπών.Το πλάτος γραμμής αυτών των υψηλότερων σημείων είναι μικρότερο από 0,3 nm, το οποίο είναι περισσότερο από 1/50 μικρότερο από το πλάτος γραμμής από την κορυφή εκπομπής κάτω από το όριο.Αυτά τα στενά πλάτη γραμμής και οι γρήγορες αυξήσεις στην ένταση των εκπομπών οδήγησαν τους ερευνητές στο συμπέρασμα ότι η διεγερμένη εκπομπή συμβαίνει πράγματι σε αυτά τα νανοσύρματα.Επομένως, αυτή η συστοιχία νανοσύρματος μπορεί να λειτουργήσει ως φυσικός συντονιστής και έτσι να γίνει μια ιδανική πηγή μικρολέιζερ.Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτό το nanolaser μικρού μήκους κύματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί στους τομείς των οπτικών υπολογιστών, της αποθήκευσης πληροφοριών και του νανοαναλυτή.
3. Λέιζερ κβαντικών πηγαδιών
Πριν και μετά το 2010, το πλάτος γραμμής που είναι χαραγμένο στο τσιπ ημιαγωγών θα φτάσει τα 100 nm ή λιγότερο και θα υπάρχουν μόνο λίγα ηλεκτρόνια που κινούνται στο κύκλωμα και η αύξηση και η μείωση ενός ηλεκτρονίου θα έχει μεγάλο αντίκτυπο στη λειτουργία του κύκλωμα.Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, γεννήθηκαν λέιζερ κβαντικών πηγαδιών.Στην κβαντομηχανική, ένα δυναμικό πεδίο που περιορίζει την κίνηση των ηλεκτρονίων και τα κβαντίζει ονομάζεται κβαντικό πηγάδι.Αυτός ο κβαντικός περιορισμός χρησιμοποιείται για να σχηματίσει κβαντικά επίπεδα ενέργειας στο ενεργό στρώμα του λέιζερ ημιαγωγών, έτσι ώστε η ηλεκτρονική μετάβαση μεταξύ των ενεργειακών επιπέδων να κυριαρχεί στη διεγερμένη ακτινοβολία του λέιζερ, που είναι ένα λέιζερ κβαντικών πηγαδιών.Υπάρχουν δύο τύποι λέιζερ κβαντικών πηγαδιών: λέιζερ κβαντικής γραμμής και λέιζερ κβαντικής κουκκίδας.
① Κβαντικό λέιζερ γραμμής
Οι επιστήμονες έχουν αναπτύξει λέιζερ κβαντικού καλωδίου 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, το Lucent Technologies Bell LABS στο Νιου Τζέρσεϋ και το Max Planck Institute for Physics στη Δρέσδη. Γερμανία.Αυτά τα λέιζερ υψηλότερης ισχύος θα μείωναν την ανάγκη για ακριβά Repeater, τα οποία εγκαθίστανται κάθε 80 χιλιόμετρα (50 μίλια) κατά μήκος της γραμμής επικοινωνίας, παράγοντας και πάλι παλμούς λέιζερ που είναι λιγότερο έντονοι καθώς ταξιδεύουν μέσω της ίνας (Repeaters).
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-15-2023