Ang Nanolaser ay isang uri ng micro at nano device na gawa sa mga nanomaterial tulad ng nanowire bilang isang resonator at maaaring maglabas ng laser sa ilalim ng photoexcitation o electrical excitation.Ang laki ng laser na ito ay kadalasang daan-daang micron o kahit sampu-sampung microns lamang, at ang diameter ay hanggang sa nanometer order, na isang mahalagang bahagi ng hinaharap na pagpapakita ng manipis na pelikula, pinagsamang optika at iba pang larangan.
Pag-uuri ng nanolaser:
1. Nanowire laser
Noong 2001, nilikha ng mga mananaliksik sa Unibersidad ng California, Berkeley, sa Estados Unidos, ang pinakamaliit na laser sa mundo – mga nanolaser – sa nanooptic wire lamang ng isang-libong haba ng buhok ng tao.Ang laser na ito ay hindi lamang naglalabas ng mga ultraviolet laser, ngunit maaari ding i-tono upang maglabas ng mga laser mula sa asul hanggang sa malalim na ultraviolet.Gumamit ang mga mananaliksik ng karaniwang pamamaraan na tinatawag na oriented epiphytation upang lumikha ng laser mula sa purong zinc oxide crystals.Una silang "nag-culture" ng mga nanowire, iyon ay, nabuo sa isang gintong layer na may diameter na 20nm hanggang 150nm at isang haba ng 10,000 nm purong zinc oxide wires.Pagkatapos, nang i-activate ng mga mananaliksik ang purong zinc oxide crystals sa nanowires gamit ang isa pang laser sa ilalim ng greenhouse, ang purong zinc oxide crystals ay naglabas ng laser na may wavelength na 17nm lamang.Ang ganitong mga nanolaser ay maaaring magamit sa kalaunan upang makilala ang mga kemikal at mapabuti ang kapasidad ng pag-iimbak ng impormasyon ng mga computer disk at photonic na mga computer.
2. Ultraviolet nanolaser
Kasunod ng pagdating ng mga micro-laser, micro-disk laser, micro-ring laser, at quantum avalanche laser, ang chemist na si Yang Peidong at ang kanyang mga kasamahan sa University of California, Berkeley, ay gumawa ng room temperature nanolaser.Ang zinc oxide nanolaser na ito ay maaaring maglabas ng laser na may linewidth na mas mababa sa 0.3nm at wavelength na 385nm sa ilalim ng light excitation, na itinuturing na pinakamaliit na laser sa mundo at isa sa mga unang praktikal na device na ginawa gamit ang nanotechnology.Sa paunang yugto ng pag-unlad, hinulaan ng mga mananaliksik na ang ZnO nanolaser na ito ay madaling gawin, mataas ang liwanag, maliit na sukat, at ang pagganap ay katumbas o mas mahusay pa kaysa sa GaN blue lasers.Dahil sa kakayahang gumawa ng mga high-density na nanowire array, ang mga ZnO nanolaser ay maaaring magpasok ng maraming application na hindi posible sa mga GaAs device ngayon.Upang mapalago ang naturang mga laser, ang ZnO nanowire ay na-synthesize sa pamamagitan ng paraan ng transportasyon ng gas na nag-catalyze ng epitaxial crystal growth.Una, ang sapphire substrate ay pinahiran ng isang layer na 1 nm~3.5nm na makapal na gold film, at pagkatapos ay ilagay ito sa isang alumina boat, ang materyal at ang substrate ay pinainit sa 880 ° C ~ 905 ° C sa daloy ng ammonia upang makabuo. Zn steam, at pagkatapos ay ang Zn steam ay dinadala sa substrate.Ang mga nanowires na 2μm~10μm na may hexagonal cross-sectional area ay nabuo sa proseso ng paglago ng 2min~10min.Nalaman ng mga mananaliksik na ang ZnO nanowire ay bumubuo ng natural na laser cavity na may diameter na 20nm hanggang 150nm, at karamihan (95%) ng diameter nito ay 70nm hanggang 100nm.Upang pag-aralan ang stimulated emission ng mga nanowires, optically pumped ng mga researcher ang sample sa isang greenhouse na may ikaapat na harmonic output ng isang Nd:YAG laser (266nm wavelength, 3ns pulse width).Sa panahon ng ebolusyon ng spectrum ng paglabas, ang ilaw ay nababalot sa pagtaas ng lakas ng bomba.Kapag lumampas ang lasing sa threshold ng ZnO nanowire (mga 40kW/cm), lalabas ang pinakamataas na punto sa spectrum ng emission.Ang lapad ng linya ng mga pinakamataas na puntong ito ay mas mababa sa 0.3nm, na higit sa 1/50 na mas mababa kaysa sa lapad ng linya mula sa emission vertex sa ibaba ng threshold.Ang mga makitid na linewidth na ito at mabilis na pagtaas ng intensity ng paglabas ay humantong sa mga mananaliksik upang tapusin na ang stimulated emission ay talagang nangyayari sa mga nanowires na ito.Samakatuwid, ang nanowire array na ito ay maaaring kumilos bilang isang natural na resonator at sa gayon ay maging isang perpektong mapagkukunan ng micro laser.Naniniwala ang mga mananaliksik na ang maikling-wavelength na nanolaser na ito ay maaaring gamitin sa mga larangan ng optical computing, imbakan ng impormasyon at nanoanalyzer.
3. Quantum well lasers
Bago at pagkatapos ng 2010, ang lapad ng linya na nakaukit sa semiconductor chip ay aabot sa 100nm o mas mababa, at magkakaroon lamang ng ilang mga electron na gumagalaw sa circuit, at ang pagtaas at pagbaba ng isang electron ay magkakaroon ng malaking epekto sa pagpapatakbo ng sirkito.Upang malutas ang problemang ito, ipinanganak ang mga quantum well laser.Sa quantum mechanics, ang isang potensyal na larangan na pumipigil sa paggalaw ng mga electron at binibilang ang mga ito ay tinatawag na quantum well.Ang quantum constraint na ito ay ginagamit upang bumuo ng quantum energy levels sa aktibong layer ng semiconductor laser, upang ang electronic transition sa pagitan ng energy level ay nangingibabaw sa excited radiation ng laser, na isang quantum well laser.Mayroong dalawang uri ng quantum well laser: quantum line lasers at quantum dot lasers.
① Quantum line laser
Ang mga siyentipiko ay nakabuo ng mga quantum wire laser na 1,000 beses na mas malakas kaysa sa tradisyonal na mga laser, na gumagawa ng isang malaking hakbang patungo sa paglikha ng mas mabilis na mga computer at mga aparato sa komunikasyon.Ang laser, na maaaring magpapataas ng bilis ng audio, video, Internet at iba pang paraan ng komunikasyon sa fiber-optic network, ay binuo ng mga siyentipiko sa Yale University, Lucent Technologies Bell LABS sa New Jersey at ng Max Planck Institute for Physics sa Dresden, Alemanya.Ang mga laser na ito na may mataas na kapangyarihan ay magbabawas ng pangangailangan para sa mga mamahaling Repeater, na naka-install bawat 80km (50 milya) sa linya ng komunikasyon, na muling gumagawa ng mga laser pulse na hindi gaanong matindi habang naglalakbay sila sa fiber (Repeaters).
Oras ng post: Hun-15-2023