Nanolaser is in soarte mikro- en nano-apparaat dat makke is fan nanomaterialen lykas nanodraad as resonator en kin laser útstjoere ûnder foto-eksitaasje of elektryske eksitaasje. De grutte fan dizze laser is faak mar hûnderten mikrons of sels tsientallen mikrons, en de diameter is oant de oarder fan nanometer, wat in wichtich ûnderdiel is fan 'e takomstige tinne-filmdisplays, yntegreare optika en oare fjilden.
Klassifikaasje fan nanolaser:
1. Nanodraadlaser
Yn 2001 makken ûndersikers oan 'e Universiteit fan Kalifornje, Berkeley, yn 'e Feriene Steaten, de lytste laser fan 'e wrâld - nanolasers - op 'e nanooptyske tried dy't mar ien tûzenste fan 'e lingte fan in minsklik hier is. Dizze laser stjoert net allinich ultraviolette lasers út, mar kin ek ôfstimd wurde om lasers út te stjoeren dy't fariearje fan blau oant djip ultraviolet. De ûndersikers brûkten in standerttechnyk neamd oriïntearre epifytaasje om de laser te meitsjen fan suvere sinkoksidekristallen. Se "kultivearren" earst nanodraden, dat is foarme op in gouden laach mei in diameter fan 20 nm oant 150 nm en in lingte fan 10.000 nm suvere sinkoksidedraden. Doe't de ûndersikers doe de suvere sinkoksidekristallen yn 'e nanodraden aktivearren mei in oare laser ûnder de kas, stjoerden de suvere sinkoksidekristallen in laser út mei in golflingte fan mar 17 nm. Sokke nanolasers koenen úteinlik brûkt wurde om gemikaliën te identifisearjen en de ynformaasjeopslachkapasiteit fan kompjûterskiven en fotonyske kompjûters te ferbetterjen.
2. Ultrafiolette nanolaser
Nei de komst fan mikrolasers, mikroskiiflasers, mikroringlasers en kwantumlawinelasers makken skiekundige Yang Peidong en syn kollega's oan 'e Universiteit fan Kalifornje, Berkeley, nanolaser op keamertemperatuer. Dizze sinkokside-nanolaser kin in laser útstjitte mei in linebreedte fan minder as 0,3 nm en in golflingte fan 385 nm ûnder ljochteksitaasje, wat beskôge wurdt as de lytste laser yn 'e wrâld en ien fan 'e earste praktyske apparaten dy't makke binne mei nanotechnology. Yn 'e earste faze fan ûntwikkeling foarseagen de ûndersikers dat dizze ZnO-nanolaser maklik te meitsjen is, hege helderheid hat, lytse grutte hat, en de prestaasjes gelyk binne oan of sels better as GaN-blauwe lasers. Fanwegen it fermogen om nanowire-arrays mei hege tichtheid te meitsjen, kinne ZnO-nanolasers in protte tapassingen brûke dy't net mooglik binne mei de GaAs-apparaten fan hjoed. Om sokke lasers te kweken, wurdt ZnO-nanowire synthetisearre troch de gastransportmetoade dy't de epitaksiale kristalgroei katalysearret. Earst wurdt it saffiersubstraat bedekt mei in laach fan 1 nm ~ 3,5 nm dikke goudfilm, en dan op in aluminiumoxideboat pleatst, it materiaal en it substraat wurde ferwaarme oant 880 °C ~ 905 °C yn 'e ammoniakstream om Zn-stoom te produsearjen, en dan wurdt de Zn-stoom nei it substraat transportearre. Nanodraden fan 2μm ~ 10μm mei in hexagonale dwersdoorsnede waarden generearre yn it groeiproses fan 2min ~ 10min. De ûndersikers fûnen dat ZnO-nanodraad in natuerlike laserholte foarmet mei in diameter fan 20nm oant 150nm, en it measte (95%) fan syn diameter is 70nm oant 100nm. Om de stimulearre emisje fan 'e nanodraden te bestudearjen, hawwe de ûndersikers it monster optysk yn in kas pompt mei de fjirde harmonyske útfier fan in Nd:YAG-laser (266nm golflingte, 3ns pulsbreedte). Tidens de evolúsje fan it emisjespektrum wurdt it ljocht fermindere mei de tanimming fan it pompfermogen. As de lasering de drompel fan ZnO-nanodraad (sawat 40 kW/cm) oerskriuwt, sil it heechste punt yn it emisjespektrum ferskine. De linebreedte fan dizze heechste punten is minder as 0,3 nm, wat mear as 1/50 minder is as de linebreedte fan it emisjehoekpunt ûnder de drompel. Dizze smelle linebreedtes en rappe tanimmingen fan emisje-yntensiteit liede de ûndersikers ta de konklúzje dat stimulearre emisje yndie foarkomt yn dizze nanodraden. Dêrom kin dizze nanodraadarray fungearje as in natuerlike resonator en sa in ideale mikrolaserboarne wurde. De ûndersikers leauwe dat dizze koarte-golflingte-nanolaser brûkt wurde kin op it mêd fan optyske kompjûters, ynformaasjeopslach en nanoanalysator.
3. Kwantumputlasers
Foar en nei 2010 sil de linebreedte dy't op 'e healgeleiderchip etst wurdt 100 nm of minder berikke, en sille der mar in pear elektroanen yn it sirkwy bewege, en de tanimming en ôfname fan in elektron sil in grutte ynfloed hawwe op 'e wurking fan it sirkwy. Om dit probleem op te lossen, binne kwantumputlasers berne. Yn 'e kwantummeganika wurdt in potinsjeel fjild dat de beweging fan elektroanen beheint en se kwantisearret in kwantumput neamd. Dizze kwantumbeheining wurdt brûkt om kwantumenerzjynivo's te foarmjen yn 'e aktive laach fan' e healgeleiderlaser, sadat de elektroanyske oergong tusken de enerzjynivo's de optein strieling fan 'e laser domineart, wat in kwantumputlaser is. Der binne twa soarten kwantumputlasers: kwantumlinelasers en kwantumdotlasers.
① Kwantumlinelaser
Wittenskippers hawwe kwantumtriedlasers ûntwikkele dy't 1.000 kear krêftiger binne as tradisjonele lasers, en nimme dêrmei in grutte stap rjochting it meitsjen fan fluggere kompjûters en kommunikaasjeapparaten. De laser, dy't de snelheid fan audio, fideo, ynternet en oare foarmen fan kommunikaasje oer glêstriednetwurken ferheegje kin, waard ûntwikkele troch wittenskippers oan 'e Yale University, Lucent Technologies Bell LABS yn New Jersey en it Max Planck Institute for Physics yn Dresden, Dútslân. Dizze lasers mei hegere krêft soene de needsaak foar djoere repeaters ferminderje, dy't elke 80 km (50 milen) lâns de kommunikaasjeline ynstalleare wurde, wêrtroch't se wer laserpulsen produsearje dy't minder yntinsyf binne as se troch de glêstried reizgje (Repeaters).
Pleatsingstiid: 15 juny 2023