Nanolaser és una mena de dispositiu micro i nano que està fet de nanomaterials com el nanofil com a ressonador i pot emetre làser sota fotoexcitació o excitació elèctrica.La mida d'aquest làser sovint només és de centenars de micres o fins i tot desenes de micres, i el diàmetre depèn de l'ordre del nanòmetre, que és una part important de la futura pantalla de pel·lícula fina, òptica integrada i altres camps.
Classificació del nanolaser:
1. Làser de nanofils
L'any 2001, investigadors de la Universitat de Califòrnia, Berkeley, als Estats Units, van crear el làser més petit del món (nanolàser) al cable nanoòptic només una mil·lèsima part de la longitud d'un cabell humà.Aquest làser no només emet làsers ultraviolats, sinó que també es pot ajustar per emetre làsers que van des del blau fins a l'ultraviolat profund.Els investigadors van utilitzar una tècnica estàndard anomenada epifitació orientada per crear el làser a partir de cristalls d'òxid de zinc pur.Primer van "cultivar" nanofills, és a dir, es van formar sobre una capa d'or amb un diàmetre de 20 nm a 150 nm i una longitud de filferros d'òxid de zinc pur de 10.000 nm.Aleshores, quan els investigadors van activar els cristalls d'òxid de zinc pur als nanofils amb un altre làser sota l'hivernacle, els cristalls d'òxid de zinc pur van emetre un làser amb una longitud d'ona de només 17 nm.Aquests nanolàser es podrien utilitzar eventualment per identificar productes químics i millorar la capacitat d'emmagatzematge d'informació dels discos informàtics i dels ordinadors fotònics.
2. Nanolaser ultraviolat
Després de l'arribada dels micro làsers, làsers de microdiscs, làsers de microanells i làsers d'allaus quàntics, el químic Yang Peidong i els seus col·legues de la Universitat de Califòrnia, Berkeley, van fabricar nanolaser a temperatura ambient.Aquest nanolaser d'òxid de zinc pot emetre un làser amb una amplada de línia inferior a 0,3 nm i una longitud d'ona de 385 nm sota excitació lumínica, que es considera el làser més petit del món i un dels primers dispositius pràctics fabricats amb nanotecnologia.En l'etapa inicial de desenvolupament, els investigadors van predir que aquest nanolaser de ZnO és fàcil de fabricar, gran brillantor, mida petita i el rendiment és igual o fins i tot millor que els làsers blaus GaN.A causa de la capacitat de fer matrius de nanofils d'alta densitat, els nanolaser de ZnO poden introduir moltes aplicacions que no són possibles amb els dispositius GaAs actuals.Per tal de fer créixer aquests làsers, el nanofil de ZnO es sintetitza mitjançant el mètode de transport de gas que catalitza el creixement de cristalls epitaxials.En primer lloc, el substrat de safir està recobert amb una capa d'1 nm ~ 3,5 nm de pel·lícula d'or de gruix i, a continuació, col·loqueu-lo en un vaixell d'alúmina, el material i el substrat s'escalfen a 880 ° C ~ 905 ° C en el flux d'amoníac per produir Vapor de Zn, i després el vapor de Zn es transporta al substrat.Es van generar nanofills de 2 μm ~ 10 μm amb àrea de secció transversal hexagonal en el procés de creixement de 2 min ~ 10 min.Els investigadors van trobar que el nanofil de ZnO forma una cavitat làser natural amb un diàmetre de 20 nm a 150 nm i la majoria (95%) del seu diàmetre és de 70 nm a 100 nm.Per estudiar l'emissió estimulada dels nanofils, els investigadors van bombejar òpticament la mostra en un hivernacle amb la quarta sortida harmònica d'un làser Nd:YAG (longitud d'ona de 266 nm, amplada de pols de 3 ns).Durant l'evolució de l'espectre d'emissió, la llum es coixa amb l'augment de la potència de la bomba.Quan el làser supera el llindar del nanofil de ZnO (uns 40 kW/cm), el punt més alt apareixerà a l'espectre d'emissió.L'amplada de línia d'aquests punts més alts és inferior a 0,3 nm, que és més d'1/50 menys que l'amplada de línia des del vèrtex d'emissió per sota del llindar.Aquests amples de línia estrets i els ràpids augments de la intensitat d'emissió van portar els investigadors a concloure que l'emissió estimulada es produeix efectivament en aquests nanofils.Per tant, aquesta matriu de nanofils pot actuar com a ressonador natural i, per tant, convertir-se en una font de micro làser ideal.Els investigadors creuen que aquest nanolaser de longitud d'ona curta es pot utilitzar en els camps de la informàtica òptica, l'emmagatzematge d'informació i el nanoanalitzador.
3. Làsers de pou quàntic
Abans i després del 2010, l'amplada de línia gravada al xip semiconductor arribarà a 100 nm o menys, i només hi haurà uns quants electrons que es mouran al circuit, i l'augment i la disminució d'un electró tindran un gran impacte en el funcionament del circuit. circuit.Per resoldre aquest problema, van néixer els làsers de pou quàntic.En mecànica quàntica, un camp potencial que limita el moviment dels electrons i els quantifica s'anomena pou quàntic.Aquesta restricció quàntica s'utilitza per formar nivells d'energia quàntica a la capa activa del làser semiconductor, de manera que la transició electrònica entre els nivells d'energia domine la radiació excitada del làser, que és un làser de pou quàntic.Hi ha dos tipus de làsers de pou quàntic: làsers de línia quàntica i làsers de punts quàntics.
① Làser de línia quàntica
Els científics han desenvolupat làsers de fil quàntic que són 1.000 vegades més potents que els làsers tradicionals, fent un gran pas cap a la creació d'ordinadors i dispositius de comunicació més ràpids.El làser, que pot augmentar la velocitat d'àudio, vídeo, Internet i altres formes de comunicació a través de xarxes de fibra òptica, va ser desenvolupat per científics de la Universitat de Yale, Lucent Technologies Bell LABS a Nova Jersey i l'Institut Max Planck de Física de Dresden. Alemanya.Aquests làsers de major potència reduirien la necessitat de costosos repetidors, que s'instal·len cada 80 km (50 milles) al llarg de la línia de comunicació, produint de nou polsos làser que són menys intensos a mesura que viatgen per la fibra (repetidors).
Hora de publicació: 15-juny-2023