Ang Nanolaser ay isang uri ng micro at nano device na gawa sa mga nanomaterial tulad ng nanowire bilang resonator at maaaring maglabas ng laser sa ilalim ng photoexcitation o electrical excitation. Ang laki ng laser na ito ay kadalasang daan-daang microns o kahit sampu-sampung microns lamang, at ang diyametro ay hanggang sa order ng nanometer, na isang mahalagang bahagi ng hinaharap na thin film display, integrated optics at iba pang mga larangan.
Pag-uuri ng nanolaser:
1. Laser na nanowire
Noong 2001, ang mga mananaliksik sa University of California, Berkeley, sa Estados Unidos, ay lumikha ng pinakamaliit na laser sa mundo – mga nanolaser – sa nanooptic wire na may sukat na isang libong bahagi lamang ng haba ng buhok ng tao. Ang laser na ito ay hindi lamang naglalabas ng mga ultraviolet laser, kundi maaari ring i-tune upang maglabas ng mga laser mula asul hanggang malalim na ultraviolet. Gumamit ang mga mananaliksik ng isang karaniwang pamamaraan na tinatawag na oriented epiphytation upang likhain ang laser mula sa purong zinc oxide crystals. Una nilang "kinultura" ang mga nanowire, ibig sabihin, nabuo sa isang gintong patong na may diyametro na 20nm hanggang 150nm at may haba na 10,000 nm na purong zinc oxide wire. Pagkatapos, nang i-activate ng mga mananaliksik ang purong zinc oxide crystals sa mga nanowire 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 mga naturang nanolaser ay kalaunan ay maaaring magamit upang matukoy ang mga kemikal at mapabuti ang kapasidad ng pag-iimbak ng impormasyon ng mga computer disk at photonic computer.
2. Nanolaser na ultraviolet
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 mga 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 unang yugto ng pag-unlad, hinulaan ng mga mananaliksik na ang ZnO nanolaser na ito ay madaling gawin, mataas ang liwanag, maliit ang laki, at ang performance ay katumbas o mas mahusay pa kaysa sa mga GaN blue laser. Dahil sa kakayahang gumawa ng mga high-density nanowire array, ang ZnO nanolaser ay maaaring pumasok sa maraming aplikasyon na hindi posible sa mga GaAs device ngayon. Upang mapalago ang mga naturang laser, ang ZnO nanowire ay sini-synthesize sa pamamagitan ng gas transport method na nagpapagana sa epitaxial crystal growth. Una, ang substrate ng sapiro ay binalutan ng isang patong ng gintong pelikula na may kapal na 1 nm~3.5nm, at pagkatapos ay inilalagay ito sa isang bangkang alumina, ang materyal at ang substrate ay pinainit sa 880 °C ~905 °C sa daloy ng ammonia upang makagawa ng singaw ng Zn, at pagkatapos ay ang singaw ng Zn ay dinadala sa substrate. Ang mga nanowire na may sukat na 2μm~10μm na may hexagonal cross-sectional area ay nabuo sa proseso ng paglaki na 2 min~10min. Natuklasan ng mga mananaliksik na ang ZnO nanowire ay bumubuo ng isang natural na lukab ng laser na may diameter na 20nm hanggang 150nm, at ang karamihan (95%) ng diameter nito ay 70nm hanggang 100nm. Upang pag-aralan ang stimulated emission ng mga nanowire, ang mga mananaliksik ay optically pumped ang sample sa isang greenhouse na may pang-apat na harmonic output ng isang Nd:YAG laser (266nm wavelength, 3ns pulse width). Sa panahon ng ebolusyon ng emission spectrum, ang liwanag ay pinapatay kasabay ng pagtaas ng pump power. Kapag ang lasing ay lumampas sa threshold ng ZnO nanowire (mga 40kW/cm), ang pinakamataas na punto ay lilitaw sa emission spectrum. 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 makikipot na linewidth at mabilis na pagtaas ng intensity ng emisyon ang nagtulak sa mga mananaliksik na tapusin na ang stimulated emission ay talagang nangyayari sa mga nanowire na ito. Samakatuwid, ang nanowire array na ito ay maaaring magsilbing natural na resonator at sa gayon ay maging isang mainam na pinagmumulan ng micro laser. Naniniwala ang mga mananaliksik na ang short-wavelength nanolaser na ito ay maaaring gamitin sa mga larangan ng optical computing, information storage at nanoanalyzer.
3. Mga laser na may quantum well
Bago at pagkatapos ng 2010, ang lapad ng linya na nakaukit sa semiconductor chip ay aabot sa 100nm o mas mababa pa, at kakaunti lamang ang mga electron na gumagalaw sa circuit, at ang pagtaas at pagbaba ng isang electron ay magkakaroon ng malaking epekto sa operasyon ng circuit. Upang malutas ang problemang ito, isinilang ang mga quantum well laser. Sa quantum mechanics, ang isang potensyal na field na pumipigil sa paggalaw ng mga electron at nagku-quantize sa mga ito ay tinatawag na quantum well. Ang quantum constraint na ito ay ginagamit upang bumuo ng mga antas ng enerhiya ng quantum sa aktibong layer ng semiconductor laser, upang ang elektronikong paglipat sa pagitan ng mga antas ng enerhiya ay mangibabaw sa excited radiation ng laser, na isang quantum well laser. Mayroong dalawang uri ng quantum well laser: quantum line laser at quantum dot laser.
① Laser na linya ng kuwantum
Nakabuo ang mga siyentipiko ng mga quantum wire laser na 1,000 beses na mas malakas kaysa sa mga tradisyonal na laser, na gumagawa ng isang malaking hakbang tungo sa paglikha ng mas mabilis na mga computer at mga aparato sa komunikasyon. Ang laser, na maaaring magpataas ng bilis ng audio, video, Internet at iba pang anyo ng komunikasyon sa pamamagitan ng mga 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, Germany. Ang mga higher-power laser na ito ay magbabawas sa pangangailangan para sa mga mamahaling Repeater, na ini-install bawat 80km (50 milya) sa linya ng komunikasyon, na muling lumilikha ng mga laser pulse na hindi gaanong matindi habang naglalakbay ang mga ito sa fiber (Mga Repeater).
Oras ng pag-post: Hunyo-15-2023