Pojam i klasifikacija nanolasera

Nanolaser je vrsta mikro i nano uređaja koji je napravljen od nanomaterijala kao što je nanožica kao rezonator i može emitovati laser pod fotoekscitacijom ili električnom pobudom. Veličina ovog lasera je često samo stotine mikrona ili čak desetine mikrona, a prečnik je do nanometarskog reda, što je važan deo budućeg tankoslojnog displeja, integrisane optike i drugih oblasti.

Klasifikacija nanolasera:

1. Nanowire laser

Godine 2001. istraživači sa Univerziteta u Kaliforniji, Berkeley, u Sjedinjenim Državama, stvorili su najmanji laser na svijetu – nanolasere – na nanooptičkoj žici samo hiljaditi dio dužine ljudske kose. Ovaj laser ne samo da emituje ultraljubičaste lasere, već se takođe može podesiti da emituje lasere u rasponu od plave do dubokog ultraljubičastog. Istraživači su koristili standardnu ​​tehniku ​​zvanu orijentirana epifitacija kako bi stvorili laser od čistih kristala cink oksida. Prvo su "kultivisali" nanožice, odnosno formirali na zlatnom sloju prečnika od 20 nm do 150 nm i dužine od 10.000 nm čistih žica od cink oksida. Zatim, kada su istraživači aktivirali kristale čistog cink oksida u nanožicama drugim laserom ispod staklenika, kristali čistog cink oksida emitovali su laser sa talasnom dužinom od samo 17 nm. Takvi nanolaseri bi se eventualno mogli koristiti za identifikaciju hemikalija i poboljšanje kapaciteta skladištenja informacija kompjuterskih diskova i fotonskih računara.

2. Ultraljubičasti nanolaser

Nakon pojave mikro-lasera, lasera na mikro-diskovima, lasera sa mikro-prstenovima i lasera s kvantnim lavinama, hemičar Yang Peidong i njegove kolege sa Univerziteta Kalifornije, Berkeley, napravili su nanolasere na sobnoj temperaturi. Ovaj nanolaser sa cink oksidom može da emituje laser sa širinom linije manjom od 0,3 nm i talasnom dužinom od 385 nm pod svetlosnom pobudom, koji se smatra najmanjim laserom na svetu i jednim od prvih praktičnih uređaja proizvedenih korišćenjem nanotehnologije. U početnoj fazi razvoja, istraživači su predvidjeli da je ovaj ZnO nanolaser jednostavan za proizvodnju, velike svjetline, male veličine, a performanse su jednake ili čak bolje od GaN plavih lasera. Zbog mogućnosti izrade nizova nanožica visoke gustine, ZnO nanolaseri mogu ući u mnoge aplikacije koje nisu moguće sa današnjim GaAs uređajima. Da bi se uzgajali takvi laseri, ZnO nanožica se sintetizira metodom transporta plina koja katalizira epitaksijalni rast kristala. Prvo, safirna podloga je premazana slojem zlatnog filma debljine 1 nm ~ 3,5 nm, a zatim se stavi na glinicu, materijal i supstrat se zagrijavaju na 880 ° C ~905 ° C u toku amonijaka kako bi se proizvela Zn para, a zatim se Zn para transportuje do podloge. Nanožice od 2μm~10μm sa heksagonalnim poprečnim presjekom generirane su u procesu rasta od 2min~10min. Istraživači su otkrili da ZnO nanožica formira prirodnu lasersku šupljinu promjera od 20nm do 150nm, a većina (95%) njenog promjera je od 70nm do 100nm. Da bi proučavali stimulisanu emisiju nanožica, istraživači su optički pumpali uzorak u stakleniku sa izlazom četvrtog harmonika Nd:YAG lasera (266nm talasne dužine, 3ns pulsne širine). Tokom evolucije emisionog spektra, svjetlost se gasi sa povećanjem snage pumpe. Kada lasersko zračenje pređe prag ZnO nanožice (oko 40kW/cm), najviša tačka će se pojaviti u spektru emisije. Širina linije ovih najviših tačaka je manja od 0,3 nm, što je više od 1/50 manje od širine linije od temena emisije ispod praga. Ove uske širine linija i brzi porast intenziteta emisije doveli su istraživače do zaključka da se stimulirana emisija zaista događa u ovim nanožicama. Stoga ovaj niz nanožica može djelovati kao prirodni rezonator i tako postati idealan izvor mikro lasera. Istraživači vjeruju da se ovaj kratkovalni nanolaser može koristiti u oblastima optičkog računarstva, skladištenja informacija i nanoanalizera.

3. Laseri za kvantne bušotine

Prije i poslije 2010., širina linije urezana na poluvodičkom čipu dostići 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 uređaja. kolo. Da bi se riješio ovaj problem, rođeni su laseri za kvantne bušotine. U kvantnoj mehanici, potencijalno polje koje ograničava kretanje elektrona i kvantizira ih naziva se kvantna bušotina. Ovo kvantno ograničenje se koristi za formiranje kvantnih energetskih nivoa u aktivnom sloju poluvodičkog lasera, tako da elektronski prelaz između energetskih nivoa dominira pobuđenim zračenjem lasera, koji je laser kvantnog bunara. Postoje dvije vrste lasera kvantnih bunara: laseri kvantnih linija i laseri s kvantnim tačkama.

① Kvantni linijski laser

Naučnici su razvili kvantne žičane lasere koji su 1000 puta moćniji od tradicionalnih lasera, čineći veliki korak ka stvaranju bržih računara i komunikacijskih uređaja. Laser, koji može povećati brzinu audio, video, interneta i drugih oblika komunikacije preko optičkih mreža, razvili su naučnici sa Univerziteta Yale, Lucent Technologies Bell LABS u New Jerseyu i Instituta za fiziku Max Planck u Dresdenu, Njemačka. Ovi laseri veće snage smanjili bi potrebu za skupim repetitorima, koji se instaliraju svakih 80 km (50 milja) duž komunikacijske linije, opet proizvodeći laserske impulse manjeg intenziteta dok putuju kroz vlakno (repetitori).