Нанолазер — це свого роду мікро- та нанопристрій, виготовлений із наноматеріалів, таких як нанодрот, як резонатор, і може випромінювати лазер під впливом фотозбудження або електричного збудження. Розмір цього лазера часто становить лише сотні мікрон або навіть десятки мікрон, а діаметр досягає порядку нанометрів, що є важливою частиною майбутнього тонкоплівкового дисплея, інтегрованої оптики та інших областей.
Класифікація нанолазера:
1. Нанодротяний лазер
У 2001 році дослідники Каліфорнійського університету в Берклі (США) створили найменший у світі лазер – нанолазери – на нанооптичному дроті довжиною лише одну тисячну довжини людської волосини. Цей лазер не тільки випромінює ультрафіолетові лазери, але також може бути налаштований на випромінювання лазерів у діапазоні від блакитного до глибокого ультрафіолетового. Дослідники використовували стандартну техніку під назвою орієнтована епіфітація, щоб створити лазер із чистих кристалів оксиду цинку. Вони спочатку «культивували» нанодроти, тобто сформовані на шарі золота діаметром від 20 нм до 150 нм і довжиною 10 000 нм дроти з чистого оксиду цинку. Потім, коли дослідники активували кристали чистого оксиду цинку в нанодротах за допомогою іншого лазера під теплицею, кристали чистого оксиду цинку випромінювали лазер із довжиною хвилі лише 17 нм. Такі нанолазери зрештою можна буде використовувати для ідентифікації хімічних речовин і покращення ємності зберігання інформації комп’ютерних дисків і фотонних комп’ютерів.
2. Ультрафіолетовий нанолазер
Після появи мікролазерів, лазерів на мікродисках, лазерів на мікрокільцях і квантових лавинних лазерів хімік Ян Пейдонг і його колеги з Каліфорнійського університету в Берклі створили нанолазери кімнатної температури. Цей нанолазер на основі оксиду цинку може випромінювати лазер із шириною лінії менше 0,3 нм і довжиною хвилі 385 нм під дією світлового збудження, який вважається найменшим лазером у світі та одним із перших практичних пристроїв, виготовлених за допомогою нанотехнологій. На початковій стадії розробки дослідники передбачали, що цей нанолазер ZnO простий у виготовленні, має високу яскравість, малий розмір, а продуктивність така ж або навіть краща, ніж сині лазери GaN. Завдяки здатності створювати масиви нанодротів високої щільності, нанолазери ZnO можуть використовуватися в багатьох сферах застосування, які неможливі з сучасними пристроями на основі GaAs. Для вирощування таких лазерів нанодрот ZnO синтезується методом газотранспорту, який каталізує епітаксіальний ріст кристалів. Спочатку сапфірову підкладку покривають шаром золотистої плівки товщиною 1 нм ~ 3,5 нм, а потім поміщають її на глиноземний човен, матеріал і підкладку нагрівають до 880 ° C ~ 905 ° C у потоці аміаку для отримання Пар Zn, а потім пара Zn транспортується до підкладки. Нанодроти 2 мкм ~ 10 мкм з гексагональною площею поперечного перерізу були створені в процесі росту 2 хв ~ 10 хв. Дослідники виявили, що нанодрот ZnO утворює природну лазерну порожнину діаметром від 20 нм до 150 нм, і більша частина (95%) її діаметра становить від 70 нм до 100 нм. Щоб вивчити стимульоване випромінювання нанодротів, дослідники оптично накачали зразок у теплиці за допомогою четвертої гармоніки на виході лазера Nd:YAG (довжина хвилі 266 нм, ширина імпульсу 3 нс). Під час еволюції спектру випромінювання світло загасає зі збільшенням потужності накачки. Коли генерація перевищує поріг нанодроту ZnO (близько 40 кВт/см), у спектрі випромінювання з’являється найвища точка. Ширина лінії цих найвищих точок становить менше 0,3 нм, що більш ніж на 1/50 менше ширини лінії від вершини випромінювання нижче порогу. Ці вузькі ширини ліній і швидке збільшення інтенсивності випромінювання привели дослідників до висновку, що стимульоване випромінювання справді відбувається в цих нанодротах. Таким чином, цей масив нанодротів може діяти як природний резонатор і таким чином стати ідеальним мікролазерним джерелом. Дослідники вважають, що цей короткохвильовий нанолазер можна використовувати в області оптичних обчислень, зберігання інформації та наноаналізаторів.
3. Лазери на квантових ямах
До та після 2010 року ширина лінії, вигравіруваної на напівпровідниковій мікросхемі, досягне 100 нм або менше, і в ланцюзі буде рухатися лише кілька електронів, а збільшення та зменшення електрона матиме великий вплив на роботу схема. Для вирішення цієї проблеми були створені лазери з квантовими ямами. У квантовій механіці потенційне поле, яке обмежує рух електронів і квантує їх, називається квантовою ямою. Це квантове обмеження використовується для формування квантових рівнів енергії в активному шарі напівпровідникового лазера, так що електронний перехід між енергетичними рівнями домінує над збудженим випромінюванням лазера, який є лазером з квантовою ямою. Існує два типи лазерів на квантових ямах: лазери на квантових лініях і лазери на квантових точках.
① Квантовий лінійний лазер
Вчені розробили квантові дротяні лазери, які в 1000 разів потужніші за традиційні лазери, зробивши великий крок у напрямку створення швидших комп’ютерів і комунікаційних пристроїв. Лазер, який може збільшити швидкість аудіо, відео, Інтернету та інших форм зв’язку через волоконно-оптичні мережі, був розроблений вченими з Єльського університету, Lucent Technologies Bell LABS в Нью-Джерсі та Інституту фізики Макса Планка в Дрездені. Німеччина. Ці потужніші лазери зменшать потребу в дорогих ретрансляторах, які встановлюються кожні 80 км (50 миль) уздовж лінії зв’язку, знову виробляючи лазерні імпульси меншої інтенсивності під час проходження волокном (ретранслятори).
Час публікації: 15 червня 2023 р