A nanolézer egyfajta mikro- és nanoeszköz, amely nanoanyagokból, például nanohuzalból készül, mint rezonátor, és fotogerjesztéssel vagy elektromos gerjesztéssel lézert bocsát ki. Ennek a lézernek a mérete gyakran csak több száz mikron vagy akár több tíz mikron, az átmérője pedig nanométeres nagyságrendű, ami fontos része a jövő vékonyfilmes kijelzőjének, integrált optikájának és egyéb területeknek.
A nanolézer osztályozása:
1. Nanowire lézer
2001-ben az egyesült államokbeli Berkeley Kaliforniai Egyetem kutatói megalkották a világ legkisebb lézerét – nanolézereket – az emberi hajszál hosszának csupán egy ezrelékén lévő nanooptikus huzalon. Ez a lézer nem csak ultraibolya lézereket bocsát ki, hanem a kéktől a mély ultraibolya lézerig is beállítható. A kutatók az orientált epifitációnak nevezett szabványos technikát alkalmazták a lézer létrehozásához tiszta cink-oxid kristályokból. Először nanohuzalokat „tenyésztettek ki”, azaz 20-150 nm átmérőjű, 10 000 nm hosszúságú tiszta cink-oxid huzalokon alakítottak ki aranyréteget. Aztán amikor a kutatók az üvegház alatti másik lézerrel aktiválták a nanovezetékekben lévő tiszta cink-oxid kristályokat, a tiszta cink-oxid kristályok mindössze 17 nm hullámhosszú lézert bocsátottak ki. Az ilyen nanolézereket végül vegyi anyagok azonosítására, valamint a számítógéplemezek és fotonikus számítógépek információtároló kapacitásának javítására lehetne használni.
2. Ultraibolya nanolézer
A mikrolézerek, mikrolemezes lézerek, mikrogyűrűs lézerek és kvantumlavinalézerek megjelenését követően Yang Peidong vegyész és munkatársai a Kaliforniai Egyetemen (Berkeley) szobahőmérsékletű nanolézereket készítettek. Ez a cink-oxid nanolézer fénygerjesztéssel 0,3 nm-nél kisebb vonalszélességű és 385 nm hullámhosszú lézert tud kibocsátani, amely a világ legkisebb lézerének számít, és az egyik első, nanotechnológiával gyártott praktikus eszköz. A fejlesztés kezdeti szakaszában a kutatók azt jósolták, hogy ez a ZnO nanolézer könnyen gyártható, nagy fényerejű, kis méretű, és a teljesítménye megegyezik vagy még jobb is, mint a GaN kék lézereké. A nagy sűrűségű nanoszálas tömbök készítésének képessége miatt a ZnO nanolézerek sok olyan alkalmazásba léphetnek be, amelyek a mai GaAs eszközökkel nem lehetségesek. Az ilyen lézerek termesztése érdekében a ZnO nanohuzalt gáztranszport módszerrel szintetizálják, amely katalizálja az epitaxiális kristálynövekedést. Először a zafír szubsztrátumot 1 nm-3,5 nm vastag arany filmréteggel vonják be, majd timföldre helyezik, az anyagot és a szubsztrátumot 880-905 °C-ra melegítik az ammóniaáramban. Zn gőz, majd a Zn gőz az aljzatra kerül. 2-10 μm-es, hatszögletű keresztmetszeti területű nanohuzalok keletkeztek 2-10 perces növekedési folyamat során. A kutatók azt találták, hogy a ZnO nanoszál természetes lézerüreget képez, amelynek átmérője 20-150 nm, átmérőjének nagy része (95%) pedig 70-100 nm. A nanovezetékek stimulált emissziójának tanulmányozására a kutatók optikailag pumpálták a mintát egy üvegházban az Nd:YAG lézer negyedik harmonikus kimenetével (266 nm hullámhossz, 3 ns impulzusszélesség). Az emissziós spektrum alakulása során a fény a szivattyú teljesítményének növekedésével lamelődik. Amikor a lézerezés meghaladja a ZnO nanoszál küszöbértékét (kb. 40 kW/cm), a legmagasabb pont jelenik meg az emissziós spektrumban. Ezeknek a legmagasabb pontoknak a vonalszélessége kisebb, mint 0,3 nm, ami több mint 1/50-ével kisebb, mint a küszöb alatti emissziós csúcstól számított vonalszélesség. Ezek a szűk vonalszélességek és a kibocsátási intenzitás gyors növekedése arra a következtetésre vezették a kutatókat, hogy ezekben a nanovezetékekben valóban előfordul stimulált emisszió. Ezért ez a nanoszálas tömb természetes rezonátorként működhet, és így ideális mikrolézerforrássá válhat. A kutatók úgy vélik, hogy ez a rövid hullámhosszú nanolézer használható az optikai számítástechnika, az információtárolás és a nanoanalizátor területén.
3. Kvantumkutas lézerek
2010 előtt és után a félvezető chipre maratott vonalszélesség eléri a 100 nm-t vagy annál kevesebbet, és csak néhány elektron fog mozogni az áramkörben, és az elektron növekedése és csökkenése nagy hatással lesz az áramkör működésére. áramkör. A probléma megoldására kvantumkút lézerek születtek. A kvantummechanikában azt a potenciálteret, amely korlátozza az elektronok mozgását és kvantálja őket, kvantumkútnak nevezik. Ezt a kvantumkényszert használják a kvantumenergia-szintek kialakítására a félvezető lézer aktív rétegében, így az energiaszintek közötti elektronikus átmenet uralja a lézer gerjesztett sugárzását, ami egy kvantumkút lézer. Kétféle kvantumkutas lézer létezik: kvantumvonallézer és kvantumpontlézer.
① Kvantumvonal lézer
A tudósok olyan kvantumhuzallézereket fejlesztettek ki, amelyek 1000-szer erősebbek a hagyományos lézereknél, és ezzel nagy lépést tettek a gyorsabb számítógépek és kommunikációs eszközök létrehozása felé. A lézert, amely növelheti a hang-, kép-, internet- és egyéb kommunikációs formák száloptikai hálózatokon keresztüli sebességét, a Yale Egyetem, a New Jersey-i Lucent Technologies Bell LABS és a drezdai Max Planck Fizikai Intézet tudósai fejlesztették ki. Németország. Ezek a nagyobb teljesítményű lézerek csökkentenék a drága jelismétlők iránti igényt, amelyeket 80 km-enként (50 mérföldönként) telepítenek a kommunikációs vonal mentén, és ismét kevésbé intenzív lézerimpulzusokat állítanak elő, amint áthaladnak a szálon (Repeaterek).
Feladás időpontja: 2023. június 15