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 hangolható.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 hatszög keresztmetszetű 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 kvantumkút 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