Nanolaser adalah sejenis peranti mikro dan nano yang diperbuat daripada bahan nano seperti wayar nano sebagai resonator dan boleh memancarkan laser di bawah photoexcitation atau pengujaan elektrik. Saiz laser ini selalunya hanya ratusan mikron atau bahkan berpuluh-puluh mikron, dan diameternya terpulang kepada susunan nanometer, yang merupakan bahagian penting dalam paparan filem nipis masa depan, optik bersepadu dan bidang lain.
Klasifikasi nanolaser:
1. Laser nanowire
Pada tahun 2001, penyelidik di University of California, Berkeley, di Amerika Syarikat, mencipta laser terkecil di dunia – nanolasers – pada wayar nanooptik hanya seperseribu daripada panjang rambut manusia. Laser ini bukan sahaja memancarkan laser ultraviolet, tetapi juga boleh ditala untuk memancarkan laser dari biru hingga ultraviolet dalam. Para penyelidik menggunakan teknik standard yang dipanggil epiphytation berorientasikan untuk mencipta laser daripada kristal zink oksida tulen. Mereka mula-mula "mengkultur" wayar nano, iaitu, terbentuk pada lapisan emas dengan diameter 20nm hingga 150nm dan panjang wayar zink oksida tulen 10,000 nm. Kemudian, apabila penyelidik mengaktifkan kristal zink oksida tulen dalam wayar nano dengan laser lain di bawah rumah hijau, kristal zink oksida tulen memancarkan laser dengan panjang gelombang hanya 17nm. Nanolaser sedemikian akhirnya boleh digunakan untuk mengenal pasti bahan kimia dan meningkatkan kapasiti penyimpanan maklumat cakera komputer dan komputer fotonik.
2. Nanolaser ultraungu
Berikutan kemunculan laser mikro, laser mikro-cakera, laser cincin mikro dan laser longsoran kuantum, ahli kimia Yang Peidong dan rakan-rakannya di University of California, Berkeley, membuat nanolaser suhu bilik. Nanolaser zink oksida ini boleh memancarkan laser dengan lebar garisan kurang daripada 0.3nm dan panjang gelombang 385nm di bawah pengujaan cahaya, yang dianggap sebagai laser terkecil di dunia dan salah satu peranti praktikal pertama yang dihasilkan menggunakan nanoteknologi. Pada peringkat awal pembangunan, para penyelidik meramalkan bahawa nanolaser ZnO ini mudah dihasilkan, kecerahan tinggi, saiz kecil, dan prestasinya sama atau lebih baik daripada laser biru GaN. Kerana keupayaan untuk membuat tatasusunan wayar nano berketumpatan tinggi, nanolaser ZnO boleh memasuki banyak aplikasi yang tidak boleh dilakukan dengan peranti GaAs hari ini. Untuk mengembangkan laser sedemikian, wayar nano ZnO disintesis dengan kaedah pengangkutan gas yang memangkinkan pertumbuhan kristal epitaxial. Pertama, substrat nilam disalut dengan lapisan filem emas tebal 1 nm~3.5nm, dan kemudian meletakkannya di atas bot alumina, bahan dan substrat dipanaskan hingga 880 ° C ~ 905 ° C dalam aliran ammonia untuk menghasilkan. Wap Zn, dan kemudian stim Zn diangkut ke substrat. Wayar nano 2μm~10μm dengan luas keratan rentas heksagon telah dihasilkan dalam proses pertumbuhan 2min~10min. Para penyelidik mendapati bahawa wayar nano ZnO membentuk rongga laser semula jadi dengan diameter 20nm hingga 150nm, dan kebanyakan (95%) diameternya ialah 70nm hingga 100nm. Untuk mengkaji pelepasan rangsangan wayar nano, penyelidik secara optik mengepam sampel dalam rumah hijau dengan keluaran harmonik keempat laser Nd:YAG (panjang gelombang 266nm, lebar nadi 3ns). Semasa evolusi spektrum pelepasan, cahaya dilemahkan dengan peningkatan kuasa pam. Apabila pengikat melebihi ambang wayar nano ZnO (kira-kira 40kW/cm), titik tertinggi akan muncul dalam spektrum pelepasan. Lebar garisan titik tertinggi ini adalah kurang daripada 0.3nm, iaitu lebih daripada 1/50 kurang daripada lebar garisan daripada bucu pelepasan di bawah ambang. Garis lebar yang sempit dan peningkatan pesat dalam intensiti pelepasan ini menyebabkan para penyelidik membuat kesimpulan bahawa pelepasan yang dirangsang memang berlaku dalam wayar nano ini. Oleh itu, tatasusunan wayar nano ini boleh bertindak sebagai resonator semula jadi dan dengan itu menjadi sumber laser mikro yang ideal. Para penyelidik percaya bahawa nanolaser panjang gelombang pendek ini boleh digunakan dalam bidang pengkomputeran optik, penyimpanan maklumat dan penganalisis nano.
3. Laser telaga kuantum
Sebelum dan selepas 2010, lebar garisan yang terukir pada cip semikonduktor akan mencapai 100nm atau kurang, dan akan terdapat hanya beberapa elektron yang bergerak dalam litar, dan penambahan dan pengurangan elektron akan memberi kesan yang besar terhadap operasi litar. Untuk menyelesaikan masalah ini, laser telaga kuantum dilahirkan. Dalam mekanik kuantum, medan berpotensi yang mengekang pergerakan elektron dan mengkuantumkannya dipanggil telaga kuantum. Kekangan kuantum ini digunakan untuk membentuk tahap tenaga kuantum dalam lapisan aktif laser semikonduktor, supaya peralihan elektronik antara tahap tenaga menguasai sinaran teruja laser, yang merupakan laser telaga kuantum. Terdapat dua jenis laser telaga kuantum: laser garis kuantum dan laser titik kuantum.
① Laser garisan kuantum
Para saintis telah membangunkan laser wayar kuantum yang 1,000 kali lebih berkuasa daripada laser tradisional, mengambil langkah besar ke arah mencipta komputer dan peranti komunikasi yang lebih pantas. Laser, yang boleh meningkatkan kelajuan audio, video, Internet dan bentuk komunikasi lain melalui rangkaian gentian optik, telah dibangunkan oleh saintis di Universiti Yale, Lucent Technologies Bell LABS di New Jersey dan Institut Max Planck untuk Fizik di Dresden, Jerman. Laser berkuasa tinggi ini akan mengurangkan keperluan untuk Repeater yang mahal, yang dipasang setiap 80km (50 batu) di sepanjang talian komunikasi, sekali lagi menghasilkan denyutan laser yang kurang intens semasa ia bergerak melalui gentian (Repeater).
Masa siaran: Jun-15-2023