Nanolaser je vrsta mikro i nano uređaja koji je napravljen od nanomaterijala poput nanožice kao rezonatora i može emitirati laser pod fotoekscitacijom ili električnom ekscitacijom. Veličina ovog lasera je često samo stotine mikrona ili čak desetine mikrona, a prečnik je do nanometarskog reda, što je važan dio budućih tankoslojnih displeja, integrirane optike i drugih oblasti.
Klasifikacija nanolasera:
1. Nanožični laser
Istraživači sa Univerziteta Kalifornija u Berkeleyu, u Sjedinjenim Američkim Državama, 2001. godine stvorili su najmanji laser na svijetu – nanolasere – na nanooptičkoj žici dužine samo hiljaditi dio dužine ljudske dlake. Ovaj laser ne samo da emituje ultraljubičaste lasere, već se može podesiti i da emituje lasere u rasponu od plavog do dubokog ultraljubičastog zračenja. Istraživači su koristili standardnu tehniku koja se naziva orijentisana epifitacija kako bi stvorili laser od čistih kristala cink oksida. Prvo su "kultivisali" nanožice, odnosno formirali ih na sloju zlata prečnika od 20nm do 150nm i dužine 10.000 nm od čistog cink oksida. Zatim, kada su istraživači aktivirali čiste kristale cink oksida u nanožicama drugim laserom ispod staklenika, čisti kristali cink oksida emitovali su laser talasne dužine od samo 17nm. Takvi nanolaseri bi se na kraju mogli koristiti za identifikaciju hemikalija i poboljšanje kapaciteta pohrane informacija na računarskim diskovima i fotonskim računarima.
2. Ultraljubičasti nanolaser
Nakon pojave mikro-lasera, mikro-diskovnih lasera, mikro-prstenastih lasera i kvantnih lavinskih lasera, hemičar Yang Peidong i njegove kolege sa Univerziteta Kalifornija, Berkeley, napravili su nanolasere na sobnoj temperaturi. Ovaj cink-oksidni nanolaser može emitovati laser sa širinom linije manjom od 0,3 nm i talasnom dužinom od 385 nm pod svjetlosnom ekscitacijom, što se smatra najmanjim laserom na svijetu i jednim od prvih praktičnih uređaja proizvedenih korištenjem nanotehnologije. U početnoj fazi razvoja, istraživači su predvidjeli da je ovaj ZnO nanolaser jednostavan za proizvodnju, visokog sjaja, male veličine, a performanse su jednake ili čak bolje od GaN plavih lasera. Zbog mogućnosti izrade nizova nanožica visoke gustine, ZnO nanolaseri mogu pronaći mnoge primjene koje nisu moguće sa današnjim GaAs uređajima. Da bi se uzgojili takvi laseri, ZnO nanožica se sintetizira metodom transporta gasa koja katalizira epitaksijalni rast kristala. Prvo, safirna podloga se prekriva slojem zlatnog filma debljine 1 nm ~ 3,5 nm, a zatim se stavlja na aluminijumski čamac. Materijal i podloga se zagrijavaju na 880 °C ~ 905 °C u protoku amonijaka kako bi se proizvela Zn para, a zatim se Zn para transportuje do podloge. Nanostrukture od 2 μm ~ 10 μm sa heksagonalnim poprečnim presjekom generirane su u procesu rasta od 2 min ~ 10 min. Istraživači su otkrili da ZnO nanostruktura formira prirodnu lasersku šupljinu promjera od 20 nm do 150 nm, a većina (95%) njenog promjera je od 70 nm do 100 nm. Da bi proučili stimuliranu emisiju nanostruktura, istraživači su optički pumpali uzorak u stakleniku s izlazom četvrtog harmonika Nd:YAG lasera (talasna dužina 266 nm, širina impulsa 3 ns). Tokom evolucije emisionog spektra, svjetlost se smanjuje s povećanjem snage pumpe. Kada lasersko zračenje pređe prag ZnO nanostrukture (oko 40 kW/cm), najviša tačka će se pojaviti u spektru emisije. Širina linije ovih najviših tačaka je manja od 0,3 nm, što je za više od 1/50 manje od širine linije od vrha emisije ispod praga. Ove uske širine linija i brzi porast intenziteta emisije naveli su istraživače na zaključak da se stimulisana emisija zaista javlja u ovim nanostrukturama. Stoga, ovaj niz nanostruktura može djelovati kao prirodni rezonator i tako postati idealan izvor mikro lasera. Istraživači vjeruju da se ovaj nanolaser kratke talasne dužine može koristiti u oblastima optičkog računarstva, skladištenja informacija i nanoanalizatora.
3. Laseri s kvantnim jamama
Prije i poslije 2010. godine, širina linije ugravirane na poluprovodničkom čipu dostizat će 100 nm ili manje, a u kolu će se kretati samo nekoliko elektrona, a povećanje i smanjenje elektrona imat će veliki utjecaj na rad kola. Da bi se riješio ovaj problem, rođeni su laseri s kvantnim jamama. U kvantnoj mehanici, potencijalno polje koje ograničava kretanje elektrona i kvantizira ih naziva se kvantna buna. Ovo kvantno ograničenje se koristi za formiranje kvantnih energetskih nivoa u aktivnom sloju poluprovodničkog lasera, tako da elektronski prijelaz između energetskih nivoa dominira pobuđenim zračenjem lasera, što je laser s kvantnim jamama. Postoje dvije vrste lasera s kvantnim jamama: kvantni linijski laseri i laseri s kvantnim tačkama.
① Kvantni linijski laser
Naučnici su razvili kvantne žičane lasere koji su 1.000 puta snažniji od tradicionalnih lasera, čineći veliki korak ka stvaranju bržih računara i komunikacijskih uređaja. Laser, koji može povećati brzinu zvuka, videa, interneta i drugih oblika komunikacije putem optičkih mreža, razvili su naučnici sa Univerziteta Yale, Lucent Technologies Bell LABS u New Jerseyju i Max Planck Instituta za fiziku u Dresdenu, Njemačka. Ovi laseri veće snage smanjili bi potrebu za skupim repetitorima, koji se instaliraju svakih 80 km duž komunikacijske linije, ponovo proizvodeći laserske impulse koji su manje intenzivni dok putuju kroz vlakno (repetitori).
Vrijeme objave: 15. juni 2023.