Nanolaser är en sorts mikro- och nanoenhet som är gjord av nanomaterial som nanotråd 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, vilket är en viktig del av framtidens tunnfilmsskärm, integrerad optik och andra områden.
Klassificering av nanolaser:
1. Nanotrådlaser
År 2001 skapade forskare vid University of California, Berkeley, i USA, världens minsta laser – nanolasrar – på den nanooptiska tråden bara en tusendel av längden på ett människohår.Denna laser avger inte bara ultravioletta lasrar, utan kan också ställas in för att avge lasrar som sträcker sig från blå till djup ultraviolett.Forskarna använde en standardteknik som kallas orienterad epifytation för att skapa lasern från rena zinkoxidkristaller.De "odlade" först nanotrådar, det vill säga bildade 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, avgav de rena zinkoxidkristallerna en laser med en våglängd på endast 17nm.Sådana nanolasrar kan så småningom användas för att identifiera kemikalier och förbättra informationslagringskapaciteten hos datordiskar och fotoniska datorer.
2. Ultraviolett nanolaser
Efter tillkomsten av mikrolasrar, mikrodisklasrar, mikroringlasrar och kvantlavinlasrar, tillverkade kemisten Yang Peidong och hans kollegor vid University of California, Berkeley, rumstemperatur nanolasrar.Denna zinkoxidnanolaser kan avge en laser med en linjebredd på mindre än 0,3 nm och en våglängd på 385 nm under ljusexcitation, vilket anses vara den minsta lasern i världen och en av de första praktiska enheterna som tillverkas med nanoteknik.I det inledande utvecklingsskedet 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 blå lasrar.På grund av förmågan att göra nanotrådar med hög densitet kan ZnO nanolasrar komma in i många applikationer som inte är möjliga med dagens GaAs-enheter.För att odla sådana lasrar syntetiseras ZnO nanotråd med gastransportmetod som katalyserar epitaxiell kristalltillväxt.Först beläggs safirsubstratet med ett lager av 1 nm ~ 3,5 nm tjock guldfilm, och lägg det sedan på en aluminiumoxidbåt, materialet och substratet värms upp till 880 ° C ~ 905 ° C i ammoniakflödet för att producera Zn-ånga, och sedan transporteras Zn-ångan till substratet.Nanotrådar på 2μm~10μm med hexagonal tvärsnittsarea genererades i tillväxtprocessen på 2min~10min.Forskarna fann att ZnO nanotråd bildar en naturlig laserkavitet med en diameter på 20nm till 150nm, och de flesta (95%) av dess diameter är 70nm till 100nm.För att studera stimulerad emission av nanotrådarna pumpade forskarna provet optiskt i ett växthus med den fjärde harmoniska utsignalen från en Nd:YAG-laser (266nm våglängd, 3ns pulsbredd).Under utvecklingen av emissionsspektrumet lammas ljuset med ökningen av pumpeffekten.När lasringen överstiger tröskeln för ZnO nanotråd (ca 40kW/cm), kommer den högsta punkten att synas i emissionsspektrat.Linjebredden för dessa högsta punkter är mindre än 0,3 nm, vilket är mer än 1/50 mindre än linjebredden från emissionspunkten under tröskeln.Dessa smala linjebredder och snabba ökningar i emissionsintensitet ledde til att forskarna drog slutsatsen att stimulerade emissioner verkligen förekommer i dessa nanotrådar.Därför kan denna nanotrådarray fungera som en naturlig resonator och därmed bli en idealisk mikrolaserkälla.Forskarna tror att denna kortvågiga nanolaser kan användas inom områdena optisk beräkning, informationslagring och nanoanalysator.
3. Kvantbrunnslasrar
Före och efter 2010 kommer linjebredden etsad på halvledarchippet att nå 100nm eller mindre, och det kommer bara att röra sig ett fåtal elektroner i kretsen, och ökningen och minskningen av en elektron kommer att ha en stor inverkan på driften av krets.För att lösa detta problem föddes kvantbrunnslasrar.Inom kvantmekaniken kallas ett potentiellt fält som begränsar elektronernas rörelse och kvantiserar dem en kvantbrunn.Denna kvantbegränsning används för att bilda kvantenerginivåer i halvledarlaserns aktiva skikt, så att den elektroniska övergången mellan energinivåerna dominerar den exciterade strålningen från lasern, som är en kvantbrunnslaser.Det finns två typer av kvantbrunnslasrar: kvantlinjelasrar och kvantpunktslasrar.
① Kvantlinjelaser
Forskare har utvecklat kvanttrådslasrar som är 1 000 gånger kraftfullare än traditionella lasrar, vilket 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 högre effektlasrar skulle minska behovet av dyra Repeaters, som installeras var 80:e km (50 miles) längs kommunikationslinjen, vilket återigen producerar laserpulser som är mindre intensiva när de färdas genom fibern (Repeaters).
Posttid: 2023-jun-15