Nanolaser er en slags mikro- og nano -enhed, der er lavet af nanomaterialer såsom nanowire som resonator og kan udsende laser under fotoexcitation eller elektrisk excitation. Størrelsen på denne laser er ofte kun hundreder af mikron eller endda titusinder mikron, og diameteren er op til nanometerordenen, som er en vigtig del af den fremtidige tynde filmvisning, integreret optik og andre felter.
Klassificering af nanolaser:
1. nanowire laser
I 2001 skabte forskere ved University of California, Berkeley, i USA, verdens mindste laser-nanolasere-på den nanooptiske ledning kun en tusindedel af længden af et menneskehår. Denne laser udsender ikke kun ultraviolette lasere, men kan også indstilles til at udsende lasere, der spænder fra blå til dyb ultraviolet. Forskerne anvendte en standardteknik kaldet orienteret epifytation for at skabe laser fra rene zinkoxidkrystaller. De "dyrkede" nanotråder, det vil sige dannet på et guldlag med en diameter på 20nm til 150 nm og en længde på 10.000 nm rene zinkoxidtråde. Da forskerne derefter aktiverede de rene zinkoxidkrystaller i nanotrådene med en anden laser under drivhuset, udsendte de rene zinkoxidkrystaller en laser med en bølgelængde på kun 17nm. Sådanne nanolasere kunne til sidst bruges til at identificere kemikalier og forbedre informationsopbevaringskapaciteten på computerdiske og fotoniske computere.
2. Ultraviolet nanolaser
Efter fremkomsten af mikro-lasere, mikro-disk-lasere, mikro-ring-lasere og kvante-lavine-lasere gjorde kemikeren Yang Peidong og hans kolleger ved University of California, Berkeley, stuetemperatur nanolasere. Denne zinkoxid -nanolaser kan udsende en laser med en linjebredde på mindre end 0,3Nm og en bølgelængde på 385Nm under let excitation, som betragtes som den mindste laser i verden og et af de første praktiske enheder, der er fremstillet ved hjælp af nanoteknologi. I det indledende udviklingsstadium forudsagde forskerne, at denne ZnO Nanolaser er let at fremstille, høj lysstyrke, lille størrelse, og ydelsen er lig med eller endda bedre end Gan Blue -lasere. På grund af evnen til at fremstille nanowire-arrays med høj densitet kan ZnO-nanolasere indtaste mange applikationer, der ikke er mulige med nutidens GAAS-enheder. For at vokse sådanne lasere syntetiseres ZnO -nanowire ved hjælp af gastransportmetode, der katalyserer epitaksial krystalvækst. Først er safirsubstratet belagt med et lag på 1 nm ~ 3,5nm tyk guldfilm, og læg det derefter på en aluminiumsbåd, materialet og substratet opvarmes til 880 ° C ~ 905 ° C i ammoniakstrømmen for at producere Zn -damp, og derefter transporteres Zn -dampen til substratet. Nanowires på 2μm ~ 10μm med hexagonalt tværsnitsareal blev genereret i vækstprocessen på 2min ~ 10min. Forskerne fandt, at ZnO -nanowire danner et naturligt laserhulrum med en diameter på 20nm til 150 nm, og de fleste (95%) af dens diameter er 70 nm til 100 nm. For at studere stimuleret emission af nanotrådene pumpede forskerne optisk prøven i et drivhus med den fjerde harmoniske output af en ND: YAG -laser (266Nm bølgelængde, 3NS pulsbredde). Under udviklingen af emissionsspektret er lyset lamed med stigningen i pumpekraften. Når lasing overstiger tærsklen for ZnO -nanowire (ca. 40 kW/cm), vises det højeste punkt i emissionsspektret. Liniebredden på disse højeste punkter er mindre end 0,3 nm, hvilket er mere end 1/50 mindre end liniebredden fra emissionens toppunkt under tærsklen. Disse smalle linjebredder og hurtige stigninger i emissionsintensitet fik forskerne til at konkludere, at stimuleret emission faktisk forekommer i disse nanotråde. Derfor kan denne nanowire -array fungere som en naturlig resonator og dermed blive en ideel mikrolaserkilde. Forskerne mener, at denne kortbølgelængde nanolaser kan bruges inden for optisk computing, informationsopbevaring og nanoanalyzer.
3. kvantebrøndslasere
Før og efter 2010 når linjen, der er ætset på halvlederchippen, 100 nm eller mindre, og der vil kun være et par elektroner, der bevæger sig i kredsløbet, og stigningen og faldet i et elektron vil have en stor indflydelse på driften af kredsløbet. For at løse dette problem blev kvantebrøndslasere født. I kvantemekanik kaldes et potentielt felt, der begrænser elektronernes bevægelse og kvantiserer dem, en kvantebrønd. Denne kvantebegrænsning bruges til at danne kvanteenerginiveau i det aktive lag af halvlederlaseren, så den elektroniske overgang mellem energiniveauet dominerer den ophidsede stråling af laseren, som er en kvantebrøndslaser. Der er to typer kvantebrøndslasere: kvantelinjelasere og kvantepriklasere.
① Kvantelinjelaser
Forskere har udviklet kvantetrådlasere, der er 1.000 gange mere magtfulde end traditionelle lasere, der tager et stort skridt hen imod at skabe hurtigere computere og kommunikationsenheder. Laseren, der kan øge hastigheden af lyd, video, internet og andre former for kommunikation over fiberoptiske netværk, blev udviklet af forskere ved Yale University, Lucent Technologies Bell Labs i New Jersey og Max Planck Institute for Physics i Dresden, Tyskland. Disse lasere med højere effekt ville reducere behovet for dyre repeatere, som er installeret hver 80 km (50 miles) langs kommunikationslinjen, hvilket igen producerer laserimpulser, der er mindre intense, når de rejser gennem fiberen (repeatere).
Posttid: juni-15-2023