Nanolaser är en slags mikro- och nanoenhet som är gjord av nanomaterial som nanowire som resonator och kan avge laser under fotoexcitation eller elektrisk excitation. Storleken på denna laser är ofta bara hundratals mikron eller till och med tiotals mikron, och diametern är upp till nanometerordningen, som är en viktig del av den framtida tunnfilmskärmen, integrerad optik och andra fält.
Klassificering av nanolaser:
1. Nanowire Laser
År 2001 skapade forskare vid University of California, Berkeley, i USA, världens minsta laser-nanolasers-på nanooptic-tråden bara en tusendel av längden på ett mänskligt hår. Denna laser avger inte bara ultravioletta lasrar, utan kan också ställas in för att avge lasrar som sträcker sig från blått till djup ultraviolett. Forskarna använde en standardteknik som kallas orienterad epifytation för att skapa lasern från rena zinkoxidkristaller. De "odlade" nanotrådar först, det vill säga på ett guldskikt med en diameter på 20 nm till 150 nm och en längd på 10 000 nm rena zinkoxidtrådar. Sedan, när forskarna aktiverade de rena zinkoxidkristallerna i nanotrådarna med en annan laser under växthuset, släppte de rena zinkoxidkristallerna en laser med en våglängd av endast 17nm. Sådana nanolasatorer kan så småningom användas för att identifiera kemikalier och förbättra informationslagringskapaciteten för datorskivor och fotoniska datorer.
2. Ultraviolet nanolaser
Efter tillkomsten av mikrolasrar gjorde mikrodisklasrar, mikroringslasrar och kvant lasare, kemisten Yang Peidong och hans kollegor vid University of California, Berkeley, rumstemperatur nanolasare. Denna zinkoxid -nanolaser kan avge en laser med en linjebredd på mindre än 0,3 nm och en våglängd av 385 nm under lätt excitation, som anses vara den minsta lasern i världen och en av de första praktiska enheterna som tillverkas med nanoteknik. I det inledande utvecklingsstadiet förutspådde forskarna att denna ZnO -nanolaser är lätt att tillverka, hög ljusstyrka, liten storlek och prestandan är lika med eller till och med bättre än Gan Blue Lasers. På grund av förmågan att göra nanowire-matriser med hög densitet kan ZnO-nanolasatorer ange många applikationer som inte är möjliga med dagens GAAS-enheter. För att växa sådana lasrar syntetiseras ZnO -nanowire med gastransportmetod som katalyserar epitaxial kristalltillväxt. Först är safirsubstratet belagd med ett skikt med 1 nm ~ 3,5 nm tjock guldfilm, och sätter den sedan på en aluminiumoxidbåt, materialet och underlaget upphettas till 880 ° C ~ 905 ° C i ammoniakflödet för att producera Zn -ånga, och sedan transporteras Zn -ångan till underlaget. Nanotrådar på 2 μm ~ 10μm med hexagonalt tvärsnittsarea genererades i tillväxtprocessen på 2 min ~ 10 min. Forskarna fann att ZnO -nanowire bildar en naturlig laserhål med en diameter på 20 nm till 150 nm, och de flesta (95%) av dess diameter är 70 nm till 100 nm. För att studera stimulerad utsläpp av nanotrådarna pumpade forskarna optiskt provet i ett växthus med den fjärde harmoniska utgången från en ND: YAG -laser (266 nm våglängd, 3ns pulsbredd). Under utvecklingen av emissionspektrumet är ljuset lamat med ökningen av pumpkraften. När lasingen överskrider tröskeln för ZnO -nanowire (cirka 40 kW/cm) kommer den högsta punkten att visas i emissionspektrumet. Linjebredden för dessa högsta punkter är mindre än 0,3 Nm, vilket är mer än 1/50 mindre än linjens bredd från utsläpps toppunkten under tröskeln. Dessa smala linjebredder och snabba ökningar i utsläppsintensiteten ledde till att forskarna drar slutsatsen att stimulerad utsläpp verkligen inträffar i dessa nanotrådar. Därför kan denna nanowire -array fungera som en naturlig resonator och därmed bli en idealisk mikrolaserkälla. Forskarna tror att denna kortvåglängd nanolaser kan användas inom områdena optisk datoranvändning, informationslagring och nanoanalyser.
3. Kvantbrunnslasrar
Före och efter 2010 kommer linjens bredd som etsas på halvledarchipet att nå 100 nm eller mindre, och det kommer bara att finnas några elektroner som rör sig i kretsen, och ökningen och minskningen av en elektron kommer att ha en stor inverkan på kretsens drift. För att lösa detta problem föddes kvantbrunnslasrar. I kvantmekanik kallas ett potentiellt fält som begränsar rörelsen av elektroner och kvantiserar dem en kvantbrunn. Denna kvantbegränsning används för att bilda kvantenerginivåer i det aktiva skiktet av halvledarlaseren, så att den elektroniska övergången mellan energinivåerna dominerar laserens upphetsade strålning, som är en kvantbrunnslaser. Det finns två typer av kvantbrunnslasrar: kvantlinjelasrar och kvantpricklasrar.
① Kvantlinjelaser
Forskare har utvecklat kvanttrådslasrar som är 1 000 gånger kraftfullare än traditionella lasrar och tar ett stort steg mot att skapa snabbare datorer och kommunikationsenheter. Lasern, som kan öka hastigheten på ljud, video, internet och andra former av kommunikation över fiberoptiska nätverk, utvecklades av forskare vid Yale University, Lucent Technologies Bell Labs i New Jersey och Max Planck Institute for Physics i Dresden, Tyskland. Dessa lasrar med högre effekt skulle minska behovet av dyra repeater, som är installerade var 80 km (50 miles) längs kommunikationslinjen, vilket återigen producerar laserpulser som är mindre intensiva när de reser genom fibern (repeatrar).
Posttid: juni-15-2023