Nanolaser er en slags mikro- og nanoenhed, som er lavet af nanomaterialer såsom nanotråd som resonator og kan udsende laser under fotoexcitation eller elektrisk excitation.Størrelsen af denne laser er ofte kun hundredvis af mikron eller endda titusinder af mikron, og diameteren er op til nanometerordenen, hvilket er en vigtig del af fremtidens tyndfilmsskærm, integrerede optik og andre felter.
Klassificering af nanolaser:
1. Nanotrådlaser
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 tunes til at udsende lasere fra blå til dyb ultraviolet.Forskerne brugte en standardteknik kaldet orienteret epifytation til at skabe laseren ud fra rene zinkoxidkrystaller.De "dyrkede" først nanotråde, det vil sige dannet på et guldlag med en diameter på 20 nm 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 i sidste ende bruges til at identificere kemikalier og forbedre informationslagringskapaciteten på computerdiske og fotoniske computere.
2. Ultraviolet nanolaser
Efter fremkomsten af mikrolasere, mikrodisklasere, mikroringlasere og kvantelavinelasere lavede kemiker Yang Peidong og hans kolleger ved University of California, Berkeley, nanolasere ved stuetemperatur.Denne zinkoxidnanolaser kan udsende en laser med en linjebredde på mindre end 0,3 nm og en bølgelængde på 385 nm under lysexcitation, som anses for at være den mindste laser i verden og en af de første praktiske enheder fremstillet ved hjælp af nanoteknologi.I den indledende fase af udviklingen forudsagde forskerne, at denne ZnO nanolaser er nem at fremstille, høj lysstyrke, lille størrelse, og ydeevnen er lig med eller endda bedre end GaN blå lasere.På grund af evnen til at lave high-density nanowire arrays, kan ZnO nanolasere indgå i mange applikationer, som ikke er mulige med nutidens GaAs-enheder.For at dyrke sådanne lasere syntetiseres ZnO nanotråd ved gastransportmetode, som katalyserer epitaksial krystalvækst.Først belægges safirsubstratet med et lag af 1 nm ~ 3,5 nm tyk guldfilm, og derefter lægges det på en aluminiumoxidbåd, materialet og substratet opvarmes til 880 ° C ~ 905 ° C i ammoniakstrømmen for at producere Zn-damp, og derefter transporteres Zn-dampen til underlaget.Nanotråde på 2μm~10μm med sekskantet tværsnitsareal blev genereret i vækstprocessen på 2min~10min.Forskerne fandt ud af, at ZnO nanotråd danner et naturligt laserhulrum med en diameter på 20nm til 150nm, og det meste (95%) af dens diameter er 70nm til 100nm.For at studere stimuleret emission af nanotrådene pumpede forskerne prøven optisk i et drivhus med det fjerde harmoniske output fra en Nd:YAG-laser (266nm bølgelængde, 3ns pulsbredde).Under udviklingen af emissionsspektret dæmpes lyset med forøgelsen af pumpeeffekten.Når laseren overstiger tærsklen for ZnO nanotråd (ca. 40kW/cm), vil det højeste punkt vises i emissionsspektret.Linjebredden af disse højeste punkter er mindre end 0,3 nm, hvilket er mere end 1/50 mindre end linjebredden fra emissionsspidsen 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 dette nanowire-array fungere som en naturlig resonator og dermed blive en ideel mikrolaserkilde.Forskerne mener, at denne kortbølgelængde nanolaser kan bruges inden for optisk databehandling, informationslagring og nanoanalysator.
3. Kvantebrøndlasere
Før og efter 2010 vil den linjebredde, der er ætset på halvlederchippen nå op på 100nm eller mindre, og der vil kun være få elektroner, der bevæger sig i kredsløbet, og stigningen og faldet af en elektron vil have stor indflydelse på driften af kredsløb.For at løse dette problem blev kvantebrøndlasere født.I kvantemekanikken kaldes et potentialfelt, der begrænser elektronernes bevægelse og kvantiserer dem, en kvantebrønd.Denne kvantebegrænsning bruges til at danne kvanteenerginiveauer i halvlederlaserens aktive lag, således at den elektroniske overgang mellem energiniveauerne dominerer den exciterede stråling fra laseren, som er en kvantebrøndlaser.Der er to typer kvantebrøndlasere: kvantelinjelasere og kvantepunktlasere.
① Kvantelinjelaser
Forskere har udviklet kvantetrådslasere, der er 1.000 gange stærkere end traditionelle lasere, og de tager et stort skridt i retning af at skabe hurtigere computere og kommunikationsenheder.Laseren, som kan øge hastigheden af lyd, video, internet og andre former for kommunikation over fiberoptiske netværk, er 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 installeres for hver 80 km (50 miles) langs kommunikationslinjen, hvilket igen producerer laserimpulser, der er mindre intense, når de rejser gennem fiberen (Repeatere).
Indlægstid: 15-jun-2023