Nanolaser on omamoodi mikro- ja nanoseade, mis on valmistatud nanomaterjalidest, näiteks nanotraadist resonaatorina, ja mis suudab laserit kiirata fotoergutuse või elektrilise ergutuse abil. Selle laseri suurus on sageli vaid sadu mikroneid või isegi kümneid mikroneid ning läbimõõt kuni nanomeetri suurusjärku, mis on tulevaste õhukese kile ekraanide, integreeritud optika ja muude valdkondade oluline osa.
Nanolaseri klassifikatsioon:
1. Nanovõrgust laser
2001. aastal lõid California ülikooli teadlased Berkeleys Ameerika Ühendriikides nanooptilisele juhtmele maailma väikseima laseri – nanolaserid –, mis on vaid tuhandik inimese juuksekarva pikkusest. See laser mitte ainult ei kiirga ultraviolettlasereid, vaid seda saab ka häälestada kiirgama lasereid sinisest kuni sügava ultravioletini. Teadlased kasutasid puhastest tsinkoksiidi kristallidest laseri loomiseks standardtehnikat, mida nimetatakse orienteeritud epifüteerimiseks. Esmalt "kultiveerisid" nad nanotraate, st moodustasid need kullakihile läbimõõduga 20–150 nm ja pikkusega 10 000 nm puhtaid tsinkoksiidi traate. Seejärel, kui teadlased aktiveerisid nanotraatides olevad puhtad tsinkoksiidi kristallid kasvuhoone all teise laseriga, kiirgasid puhtad tsinkoksiidi kristallid laserit lainepikkusega vaid 17 nm. Selliseid nanolasereid saaks lõpuks kasutada kemikaalide tuvastamiseks ja arvutiketaste ja footonarvutite teabesalvestusmahu parandamiseks.
2. Ultraviolett-nanolaser
Pärast mikrolaserite, mikrokettalaserite, mikrorõngaslaserite ja kvantlaviinislaserite tulekut valmistasid keemik Yang Peidong ja tema kolleegid California Ülikoolist Berkeleys toatemperatuuril nanolaserid. See tsinkoksiidi nanolaser suudab valgusergastamisel kiirata laserit, mille joone laius on alla 0,3 nm ja lainepikkus 385 nm, mida peetakse maailma väikseimaks laseriks ja üheks esimeseks praktiliseks nanotehnoloogia abil toodetud seadmeks. Arenduse algstaadiumis ennustasid teadlased, et seda ZnO nanolaserit on lihtne valmistada, see on suure heledusega, väikese suurusega ja selle jõudlus on võrdne või isegi parem kui GaN sinistel laseritel. Tänu võimele luua suure tihedusega nanotraadi massiive, saavad ZnO nanolaserid siseneda paljudesse rakendustesse, mis tänapäevaste GaAs-seadmetega pole võimalikud. Selliste laserite kasvatamiseks sünteesitakse ZnO nanotraat gaasitranspordi meetodil, mis katalüüsib epitaksiaalset kristallikasvu. Esmalt kaetakse safiiraluspind 1 nm–3,5 nm paksuse kuldkilega ja asetatakse seejärel alumiiniumoksiidi paati. Materjali ja aluspinda kuumutatakse ammoniaagivoolus temperatuurini 880–905 °C, et tekitada Zn-auru, ja seejärel transporditakse Zn-aur aluspinnale. 2–10-minutilise kasvuprotsessi käigus genereeriti kuusnurkse ristlõikepindalaga nanotraadid. Teadlased leidsid, et ZnO nanotraat moodustab loodusliku laserõõnsuse läbimõõduga 20–150 nm ja suurem osa (95%) selle läbimõõdust on 70–100 nm. Nanotraatide stimuleeritud emissiooni uurimiseks pumpasid teadlased proovi optiliselt kasvuhoones Nd:YAG laseri neljanda harmoonilise väljundiga (lainepikkus 266 nm, impulsi laius 3 ns). Emissioonispektri arenedes pumbatakse valgust pumba võimsuse suurenemisega. Kui laserkiirgus ületab ZnO nanotraadi läve (umbes 40 kW/cm), ilmub emissioonispektrisse kõrgeim punkt. Nende kõrgeimate punktide joone laius on alla 0,3 nm, mis on rohkem kui 1/50 väiksem kui lävendi all oleva emissioonitipu joone laius. Need kitsad joone laiused ja emissiooni intensiivsuse kiire kasv viisid teadlased järeldusele, et stimuleeritud emissioon nendes nanotraatides tõepoolest toimub. Seega võib see nanotraadi massiiv toimida loodusliku resonaatorina ja saada ideaalseks mikrolaseri allikaks. Teadlased usuvad, et seda lühilainepikkusega nanolaserit saab kasutada optilise andmetöötluse, infosalvestuse ja nanoanalüsaatorite valdkonnas.
3. Kvantkaevlaserid
Enne ja pärast 2010. aastat oli pooljuhtkiibile söövitatud joone laius 100 nm või vähem ning vooluringis liikus vaid mõni üksik elektron ning elektroni suurenemine ja vähenemine avaldas vooluringi toimimisele suurt mõju. Selle probleemi lahendamiseks sündisid kvantkaevlaserid. Kvantmehaanikas nimetatakse potentsiaalivälja, mis piirab elektronide liikumist ja kvantiseerib neid, kvantkaevuks. Seda kvantpiirangut kasutatakse pooljuhtlaseri aktiivkihis kvantenergia tasemete moodustamiseks, nii et energia tasemete vaheline elektronüleminek domineeriks laseri ergastatud kiirguses, mis on kvantkaevlaser. Kvantakaevlasereid on kahte tüüpi: kvantjoonlaserid ja kvantpunktlaserid.
① Kvantliinlaser
Teadlased on välja töötanud kvanttraatlaserid, mis on 1000 korda võimsamad kui traditsioonilised laserid, astudes suure sammu kiiremate arvutite ja sidevahendite loomise suunas. Laseri, mis suudab suurendada heli, video, interneti ja muude sidevormide kiirust fiiberoptiliste võrkude kaudu, töötasid välja Yale'i ülikooli, New Jerseys asuva Lucent Technologies Bell LABSi ja Dresdenis asuva Max Plancki Füüsikainstituudi teadlased. Need suurema võimsusega laserid vähendaksid vajadust kallite repiiterite järele, mis paigaldatakse iga 80 km (50 miili) järel sideliinile ja tekitavad taas laserimpulsse, mis on kiu kaudu liikudes vähem intensiivsed (repiiterid).
Postituse aeg: 15. juuni 2023