Nanolaser je neke vrste mikro in nano naprava, ki je izdelana iz nanomaterialov, kot je nanožica kot resonator, in lahko oddaja laser pod fotovzbujanjem ali električnim vzbujanjem.Velikost tega laserja je pogosto le stotine mikronov ali celo desetine mikronov, premer pa do nanometrskega reda, kar je pomemben del prihodnjega tankoplastnega zaslona, integrirane optike in drugih področij.
Razvrstitev nanolaserja:
1. Nanožični laser
Leta 2001 so raziskovalci na kalifornijski univerzi Berkeley v Združenih državah ustvarili najmanjši laser na svetu – nanolaserje – na nanooptični žici, dolgi le eno tisočinko človeškega lasu.Ta laser ne oddaja le ultravijoličnih laserjev, ampak ga je mogoče nastaviti tudi tako, da oddajajo laserje v razponu od modrega do globokega ultravijoličnega.Raziskovalci so uporabili standardno tehniko, imenovano usmerjena epifitacija, da bi ustvarili laser iz čistih kristalov cinkovega oksida.Najprej so »vzgojili« nanožice, torej oblikovane na zlati plasti s premerom od 20 nm do 150 nm in dolžino 10.000 nm čiste žice cinkovega oksida.Potem, ko so raziskovalci aktivirali kristale čistega cinkovega oksida v nanožicah z drugim laserjem pod rastlinjakom, so kristali čistega cinkovega oksida oddajali laser z valovno dolžino samo 17 nm.Takšne nanolaserje bi lahko sčasoma uporabili za identifikacijo kemikalij in izboljšanje zmogljivosti shranjevanja informacij računalniških diskov in fotonskih računalnikov.
2. Ultravijolični nanolaser
Po pojavu mikrolaserjev, laserjev z mikrodiski, laserjev z mikro obroči in kvantnih lavinskih laserjev so kemik Yang Peidong in njegovi kolegi na kalifornijski univerzi Berkeley izdelali nanolaserje pri sobni temperaturi.Ta nanolaser s cinkovim oksidom lahko pod svetlobnim vzbujanjem oddaja laser s širino črte manj kot 0,3 nm in valovno dolžino 385 nm, kar velja za najmanjši laser na svetu in eno prvih praktičnih naprav, izdelanih z uporabo nanotehnologije.V začetni fazi razvoja so raziskovalci predvidevali, da je ta ZnO nanolaser enostaven za izdelavo, ima visoko svetilnost, majhnost in zmogljivost, ki je enaka ali celo boljša od GaN modrih laserjev.Zaradi zmožnosti izdelave nizov nanožic z visoko gostoto lahko nanolaserji ZnO vstopijo v številne aplikacije, ki niso mogoče z današnjimi napravami GaAs.Za rast takšnih laserjev se nanožica ZnO sintetizira z metodo transporta plina, ki katalizira epitaksialno rast kristalov.Najprej je safirni substrat prevlečen s plastjo 1 nm ~ 3,5 nm debelega zlatega filma, nato pa ga položite na čoln iz aluminijevega oksida, material in substrat se segrejeta na 880 ° C ~ 905 ° C v toku amoniaka, da nastane Zn para, nato pa se Zn para transportira do substrata.Nanožice 2 μm ~ 10 μm s heksagonalno površino prečnega prereza so bile ustvarjene v procesu rasti 2 min ~ 10 min.Raziskovalci so ugotovili, da nanožica ZnO tvori naravno lasersko votlino s premerom od 20 nm do 150 nm, večina (95 %) njenega premera pa je od 70 nm do 100 nm.Da bi preučili stimulirano emisijo nanožic, so raziskovalci optično črpali vzorec v rastlinjaku s četrto harmonično močjo Nd:YAG laserja (266 nm valovna dolžina, 3ns širina impulza).Med razvojem emisijskega spektra se svetloba umirja s povečevanjem moči črpalke.Ko sevanje preseže prag nanožice ZnO (približno 40kW/cm), se pojavi najvišja točka v emisijskem spektru.Širina črte teh najvišjih točk je manjša od 0,3 nm, kar je več kot 1/50 manj od širine črte od temena emisije pod pragom.Zaradi teh ozkih širin črt in hitrega povečanja intenzivnosti emisij so raziskovalci ugotovili, da se v teh nanožicah dejansko pojavljajo stimulirane emisije.Zato lahko ta niz nanožic deluje kot naravni resonator in tako postane idealen mikro laserski vir.Raziskovalci verjamejo, da se ta kratkovalovni nanolaser lahko uporablja na področju optičnega računalništva, shranjevanja informacij in nanoanalizatorjev.
3. Laserji s kvantnimi vrtinami
Pred letom 2010 in po njem bo širina črte, vgravirana na polprevodniškem čipu, dosegla 100 nm ali manj, v vezju pa se bo premikalo le nekaj elektronov, povečanje in zmanjšanje števila elektronov pa bo imelo velik vpliv na delovanje vezje.Za rešitev tega problema so se rodili laserji s kvantnimi vrtinami.V kvantni mehaniki se potencialno polje, ki omejuje gibanje elektronov in jih kvantizira, imenuje kvantna vrtina.Ta kvantna omejitev se uporablja za oblikovanje kvantnih energijskih nivojev v aktivni plasti polprevodniškega laserja, tako da elektronski prehod med energijskimi nivoji prevladuje nad vzbujenim sevanjem laserja, ki je laser s kvantnimi vrtinami.Obstajata dve vrsti laserjev s kvantnimi vrtinami: laserji s kvantnimi linijami in laserji s kvantnimi pikami.
① Kvantni linijski laser
Znanstveniki so razvili kvantne žične laserje, ki so 1000-krat močnejši od tradicionalnih laserjev, s čimer so naredili velik korak k ustvarjanju hitrejših računalnikov in komunikacijskih naprav.Laser, ki lahko poveča hitrost zvoka, videa, interneta in drugih oblik komunikacije prek optičnih omrežij, so razvili znanstveniki z univerze Yale, Lucent Technologies Bell LABS v New Jerseyju in Inštituta Max Planck za fiziko v Dresdnu, Nemčija.Ti laserji z večjo močjo bi zmanjšali potrebo po dragih repetitorjih, ki so nameščeni vsakih 80 km (50 milj) vzdolž komunikacijske linije in ponovno proizvajajo laserske impulze, ki so manj intenzivni, ko potujejo po vlaknu (repetirji).
Čas objave: 15. junij 2023