A nanolézer egyfajta mikro- és nanoeszköz, amely nanorészecskékből, például nanohuzalból, rezonátorként működő anyagból készül, és fotogerjesztés vagy elektromos gerjesztés hatására lézert bocsáthat ki. Ennek a lézernek a mérete gyakran csak néhány száz mikron vagy akár több tíz mikron, átmérője pedig a nanométer nagyságrendig terjedhet, ami fontos részét képezi a jövő vékonyréteg-kijelzőinek, integrált optikájának és más területeknek.
A nanolézer osztályozása:
1. Nanoszálas lézer
2001-ben a Kaliforniai Egyetem, Berkeley kutatói az Egyesült Államokban létrehozták a világ legkisebb lézerét – a nanolézereket – egy nanooptikus vezetéken, amely mindössze az emberi hajszál hosszának ezredrésze. Ez a lézer nemcsak ultraibolya lézereket bocsát ki, hanem a kéktől a mély ultraibolyaig terjedő tartományú lézerek kibocsátására is hangolható. A kutatók egy standard technikát, az úgynevezett orientált epifitációt alkalmazták a lézer előállítására tiszta cink-oxid kristályokból. Először nanodrótokat „tenyésztettek”, azaz 20 nm és 150 nm közötti átmérőjű és 10 000 nm közötti hosszúságú aranyrétegen alakítottak ki nanodrótokat. Ezután, amikor a kutatók egy másik lézerrel aktiválták a nanodrótokban lévő tiszta cink-oxid kristályokat az üvegház alatt, a tiszta cink-oxid kristályok mindössze 17 nm hullámhosszú lézert bocsátottak ki. Az ilyen nanolézereket végül vegyi anyagok azonosítására és a számítógépes lemezek és fotonikus számítógépek információtároló kapacitásának javítására lehetne használni.
2. Ultraibolya nanolézer
A mikrolézerek, mikrokoronglézerek, mikrogyűrűlézerek és kvantumelavata-lézerek megjelenését követően Yang Peidong vegyész és kollégái a Kaliforniai Egyetemen, Berkeley-ben szobahőmérsékletű nanolézereket készítettek. Ez a cink-oxid nanolézer fénygerjesztés alatt 0,3 nm-nél kisebb vonalszélességű és 385 nm hullámhosszú lézert képes kibocsátani, így a világ legkisebb lézerének és az egyik első, nanotechnológiával gyártott gyakorlati eszköznek tekinthető. A fejlesztés kezdeti szakaszában a kutatók azt jósolták, hogy ez a ZnO nanolézer könnyen gyártható, nagy fényerejű, kis méretű, és a teljesítménye megegyezik vagy akár jobb is a GaN kék lézerekénél. Mivel nagy sűrűségű nanohuzal-tömbök készíthetők, a ZnO nanolézerek számos olyan alkalmazásban is megjelenhetnek, amelyek a mai GaAs eszközökkel nem lehetségesek. Az ilyen lézerek növesztéséhez ZnO nanohuzalt szintetizálnak gáztranszport módszerrel, amely katalizálja az epitaxiális kristálynövekedést. Először a zafír hordozót 1 nm ~ 3,5 nm vastag aranyfilm réteggel vonják be, majd egy alumínium-oxid csónakra helyezik. Az anyagot és a hordozót 880 °C ~ 905 °C-ra melegítik ammóniaáramban, így Zn gőz keletkezik, majd a Zn gőzt a hordozóra szállítják. A 2 perc ~ 10 perces növekedési folyamat során 2 μm ~ 10 μm méretű, hatszögletű keresztmetszetű nanohuzalok keletkeznek. A kutatók azt találták, hogy a ZnO nanohuzal természetes lézerüreget alkot, amelynek átmérője 20 nm és 150 nm között van, és átmérőjének nagy része (95%-a) 70 nm és 100 nm között van. A nanohuzalok indukált emissziójának vizsgálatához a kutatók optikailag pumpálták a mintát egy üvegházban egy Nd:YAG lézer negyedik harmonikus kimenetével (266 nm hullámhossz, 3 ns impulzusszélesség). Az emissziós spektrum fejlődése során a fény a pumpálási teljesítmény növekedésével keveredik. Amikor a lézersugárzás meghaladja a ZnO nanodrót küszöbértékét (kb. 40 kW/cm), a legmagasabb pont megjelenik az emissziós spektrumban. Ezen legmagasabb pontok vonalszélessége kisebb, mint 0,3 nm, ami több mint 1/50-eddel kisebb, mint a küszöbérték alatti emissziós csúcstól mért vonalszélesség. Ezek a keskeny vonalszélességek és az emissziós intenzitás gyors növekedése arra a következtetésre vezették a kutatókat, hogy ezekben a nanodrótokban valóban indukált emisszió történik. Ezért ez a nanodrót-tömb természetes rezonátorként működhet, és így ideális mikrolézerforrássá válhat. A kutatók úgy vélik, hogy ez a rövid hullámhosszú nanolézer felhasználható az optikai számítástechnika, az információtárolás és a nanoanalizátorok területén.
3. Kvantumkút lézerek
2010 előtt és után a félvezető chipre maratott vonalvastagság elérte a 100 nm-t vagy kevesebbet, és csak néhány elektron mozog az áramkörben, és egy elektron növekedése és csökkenése nagy hatással lesz az áramkör működésére. A probléma megoldására születtek meg a kvantumkútlézerek. A kvantummechanikában egy olyan potenciálmezőt neveznek kvantumkútnak, amely korlátozza az elektronok mozgását és kvantálja azokat. Ezt a kvantumkényszert használják kvantumenergiaszintek kialakítására a félvezető lézer aktív rétegében, így az energiaszintek közötti elektronikus átmenet dominálja a lézer gerjesztett sugárzását, ami egy kvantumkútlézer. Kétféle kvantumkútlézer létezik: a kvantumvonallézerek és a kvantumpöttylézerek.
① Kvantum vonallézer
Tudósok olyan kvantumhuzal-lézereket fejlesztettek ki, amelyek ezerszer erősebbek a hagyományos lézereknél, ezzel nagy lépést téve a gyorsabb számítógépek és kommunikációs eszközök létrehozása felé. A lézert, amely növelheti az audio-, video-, internet- és egyéb kommunikációs formák sebességét optikai hálózatokon keresztül, a Yale Egyetem, a New Jersey-i Lucent Technologies Bell LABS és a drezdai Max Planck Fizikai Intézet tudósai fejlesztették ki. Ezek a nagyobb teljesítményű lézerek csökkentenék a drága ismétlők szükségességét, amelyeket 80 km-enként (50 mérföldre) telepítenek a kommunikációs vonal mentén, és ismét olyan lézerimpulzusokat állítanak elő, amelyek kevésbé intenzívek, ahogy áthaladnak a szálon (ismétlők).
Közzététel ideje: 2023. június 15.