Nanolaser ialah sejenis peranti mikro dan nano yang diperbuat daripada bahan nano seperti dawai nano sebagai resonator dan boleh memancarkan laser di bawah pengujaan foto atau pengujaan elektrik. Saiz laser ini selalunya hanya beratus-ratus mikron atau puluhan mikron, dan diameternya sehingga tertib nanometer, yang merupakan bahagian penting dalam paparan filem nipis masa hadapan, optik bersepadu dan medan lain.
Pengelasan nanolaser:
1. Laser nanowayar
Pada tahun 2001, para penyelidik di Universiti California, Berkeley, di Amerika Syarikat, telah mencipta laser terkecil di dunia – nanolaser – pada wayar nanooptik yang hanya seperseribu panjang rambut manusia. Laser ini bukan sahaja memancarkan laser ultraungu, tetapi juga boleh ditala untuk memancarkan laser dari biru hingga ultraungu pekat. Para penyelidik menggunakan teknik standard yang dipanggil epifitasi berorientasikan untuk mencipta laser daripada kristal zink oksida tulen. Mereka mula-mula "mengkultur" nanowayar, iaitu, dibentuk pada lapisan emas dengan diameter 20nm hingga 150nm dan panjang wayar zink oksida tulen 10,000 nm. Kemudian, apabila para penyelidik mengaktifkan kristal zink oksida tulen dalam nanowayar 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 mikro-laser, laser mikro-cakera, laser mikro-cincin, dan laser runtuhan kuantum, ahli kimia Yang Peidong dan rakan-rakannya di Universiti California, Berkeley, telah menghasilkan nanolaser suhu bilik. Nanolaser zink oksida ini boleh memancarkan laser dengan lebar garis 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. Disebabkan keupayaan untuk membuat tatasusunan nanowayar berketumpatan tinggi, nanolaser ZnO boleh memasuki banyak aplikasi yang tidak mungkin dilakukan dengan peranti GaAs hari ini. Untuk menumbuhkan laser sedemikian, nanowayar ZnO disintesis melalui kaedah pengangkutan gas yang memangkinkan pertumbuhan kristal epitaksi. Pertama, substrat nilam disalut dengan lapisan filem emas setebal 1 nm~3.5 nm, dan kemudian diletakkan di atas bot alumina, bahan dan substrat dipanaskan hingga 880 °C ~905 °C dalam aliran ammonia untuk menghasilkan wap Zn, dan kemudian wap Zn diangkut ke substrat. Nanowayar 2μm~10μm dengan luas keratan rentas heksagon dihasilkan dalam proses pertumbuhan selama 2 minit~10 minit. Para penyelidik mendapati bahawa nanowayar ZnO membentuk rongga laser semula jadi dengan diameter 20 nm hingga 150 nm, dan sebahagian besar (95%) diameternya adalah 70 nm hingga 100 nm. Untuk mengkaji pancaran nanowayar yang dirangsang, para penyelidik mengepam sampel secara optik di dalam rumah hijau dengan output harmonik keempat laser Nd:YAG (panjang gelombang 266 nm, lebar denyut 3ns). Semasa evolusi spektrum pancaran, cahaya disinari dengan peningkatan kuasa pam. Apabila pengelasan melebihi ambang dawai nano ZnO (kira-kira 40kW/cm), titik tertinggi akan muncul dalam spektrum pancaran. Lebar garisan bagi titik tertinggi ini adalah kurang daripada 0.3nm, iaitu lebih daripada 1/50 kurang daripada lebar garisan dari bucu pancaran di bawah ambang. Lebar garisan yang sempit ini dan peningkatan pesat dalam keamatan pancaran telah mendorong para penyelidik untuk membuat kesimpulan bahawa pancaran yang dirangsang sememangnya berlaku dalam dawai nano ini. Oleh itu, susunan dawai 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 tahun 2010, lebar garisan yang terukir pada cip semikonduktor akan mencapai 100nm atau kurang, dan hanya akan terdapat beberapa elektron yang bergerak dalam litar, dan peningkatan dan pengurangan elektron akan memberi impak yang besar terhadap operasi litar. Untuk menyelesaikan masalah ini, laser telaga kuantum telah dilahirkan. Dalam mekanik kuantum, medan potensi yang mengekang pergerakan elektron dan mengkuantifikasikannya dipanggil telaga kuantum. Kekangan kuantum ini digunakan untuk membentuk aras tenaga kuantum dalam lapisan aktif laser semikonduktor, supaya peralihan elektronik antara aras tenaga mendominasi sinaran laser yang teruja, iaitu laser telaga kuantum. Terdapat dua jenis laser telaga kuantum: laser garisan kuantum dan laser titik kuantum.
① Laser garisan kuantum
Para saintis telah membangunkan laser dawai 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 Fizik Max Planck di Dresden, Jerman. Laser berkuasa tinggi ini akan mengurangkan keperluan untuk Pengulang yang mahal, yang dipasang setiap 80km (50 batu) di sepanjang talian komunikasi, sekali lagi menghasilkan denyutan laser yang kurang kuat semasa ia bergerak melalui gentian (Pengulang).
Masa siaran: 15 Jun 2023