Nanolaser on omamoodi mikro- ja nanoseade, mis on valmistatud nanomaterjalidest, näiteks nanojuhtmest resonaatorina ja mis võib kiirata laserit fotoergastuse või elektrilise ergastusega.Selle laseri suurus on sageli vaid sadu mikroneid või isegi kümneid mikroneid ning läbimõõt nanomeetri täpsusega, mis on tulevase õhukese kileekraani, integreeritud optika ja muude väljade oluline osa.
Nanolaseri klassifikatsioon:
1. Nanotraadi laser
2001. aastal lõid USA Berkeley California ülikooli teadlased nanooptilisele traadile, mis moodustab vaid ühe tuhande inimese juuksekarva pikkusest, maailma väikseima laseri – nanolaserid.See laser mitte ainult ei kiirga ultraviolett-lasereid, vaid seda saab häälestada ka lasereid kiirgama sinisest sügava ultraviolettkiirguseni.Teadlased kasutasid puhastest tsinkoksiidi kristallidest laseri loomiseks standardset tehnikat, mida nimetatakse orienteeritud epifüteerimiseks.Esmalt "kultuuris" nad nanotraate, see tähendab, et need moodustati kullakihile läbimõõduga 20 nm kuni 150 nm ja pikkusega 10 000 nm puhtast tsinkoksiidtraatidest.Seejärel, kui teadlased aktiveerisid nanojuhtmetes olevad puhtad tsinkoksiidi kristallid kasvuhoone all teise laseriga, kiirgasid puhtad tsinkoksiidi kristallid laseri, mille lainepikkus oli vaid 17 nm.Selliseid nanolasereid saaks lõpuks kasutada kemikaalide tuvastamiseks ning arvutiketaste ja fotoonarvutite teabesalvestusmahtu parandamiseks.
2. Ultraviolett nanolaser
Pärast mikrolaserite, mikroketaslaserite, mikrorõngaste laserite ja kvantlaviini laserite tulekut valmistasid keemik Yang Peidong ja tema kolleegid California ülikoolist Berkeleys toatemperatuuril nanolasereid.See tsinkoksiidi nanolaser suudab valguse ergastamisel kiirata laserit, mille joonelaius on alla 0,3 nm ja lainepikkus 385 nm, mida peetakse maailma väikseimaks laseriks ja üheks esimeseks praktiliseks nanotehnoloogia abil toodetud seadmeks.Arengu algfaasis ennustasid teadlased, et seda ZnO nanolaserit on lihtne valmistada, see on kõrge heledusega, väike ja jõudlus on võrdne või isegi parem kui GaN sinisel laseril.Suure tihedusega nanotraatmassiivide valmistamise võimaluse tõttu saavad ZnO nanolaserid siseneda paljudesse rakendustesse, mis pole tänapäevaste GaAs-seadmetega võimalikud.Selliste laserite kasvatamiseks sünteesitakse ZnO nanotraat gaasitranspordi meetodil, mis katalüüsib epitaksiaalset kristallide kasvu.Esiteks kaetakse safiirsubstraat 1 nm–3,5 nm paksuse kuldkilega ja seejärel asetatakse see alumiiniumoksiidi paadile, materjal ja põhimik kuumutatakse ammoniaagivoolus temperatuurini 880–905 °C. Zn aur ja seejärel Zn aur transporditakse substraadile.Kuusnurkse ristlõikepindalaga 2 μm ~ 10 μm nanojuhtmed tekkisid 2 min ~ 10 min kasvuprotsessis.Teadlased leidsid, et ZnO nanotraat moodustab loomuliku laserõõnsuse diameetriga 20nm kuni 150nm ja suurem osa (95%) selle läbimõõdust on 70nm kuni 100nm.Nanojuhtmete stimuleeritud emissiooni uurimiseks pumpasid teadlased proovi optiliselt kasvuhoones Nd:YAG laseri neljanda harmoonilise väljundiga (lainepikkus 266 nm, impulsi laius 3 ns).Emissioonispektri evolutsiooni käigus väheneb valgus pumba võimsuse suurenemisega.Kui laserimine ületab ZnO nanojuhtme läve (umbes 40 kW/cm), ilmub emissioonispektri kõrgeim punkt.Nende kõrgeimate punktide joone laius on alla 0,3 nm, mis on rohkem kui 1/50 väiksem kui joone laius emissioonitipust allpool läve.Need kitsad joonelaiused ja emissiooni intensiivsuse kiire suurenemine viisid teadlased järeldusele, et stimuleeritud emissioon esineb nendes nanojuhtmetes.Seetõttu võib see nanojuhtmete massiiv toimida loodusliku resonaatorina ja seega saada ideaalseks mikrolaserallikaks.Teadlased usuvad, et seda lühikese lainepikkusega nanolaserit saab kasutada optilise andmetöötluse, teabe salvestamise ja nanoanalüsaatori valdkondades.
3. Kvantkaevu laserid
Enne ja pärast 2010. aastat ulatub pooljuhtkiibile söövitatud joone laius 100 nm-ni või alla selle ning ahelas liigub vaid paar elektroni ning elektroni suurenemine ja vähenemine mõjutavad oluliselt kiibi tööd. vooluring.Selle probleemi lahendamiseks sündisid kvantkaevude laserid.Kvantmehaanikas nimetatakse kvantkaevuks potentsiaalset välja, mis piirab elektronide liikumist ja kvantiseerib neid.Seda kvantpiirangut kasutatakse pooljuhtlaseri aktiivses kihis kvantenergia tasemete moodustamiseks, nii et elektrooniline üleminek energiatasemete vahel domineerib laseri, mis on kvantkaevu laser, ergastatud kiirguse üle.Kvantkaevu lasereid on kahte tüüpi: kvantjoonlaserid ja kvantpunktlaserid.
① Kvantjoonlaser
Teadlased on välja töötanud kvanttraatlaserid, mis on 1000 korda võimsamad kui traditsioonilised laserid, tehes suure sammu kiiremate arvutite ja sideseadmete loomise suunas.Laseri, mis võib suurendada heli-, video-, Interneti- ja muude fiiberoptiliste võrkude kaudu toimuva side kiirust, töötasid välja Yale'i ülikooli, New Jerseys asuva Lucent Technologies Bell LABSi ja Dresdeni Max Plancki füüsikainstituudi teadlased. Saksamaa.Need suurema võimsusega laserid vähendaksid vajadust kallite repiiterite järele, mida paigaldatakse sideliinile iga 80 km (50 miili) järel, tekitades jällegi laserimpulsse, mis on kiu kaudu liikudes vähem intensiivsed (repeaterid).
Postitusaeg: 15. juuni 2023