Nanolaser is een soort micro- en nano -apparaat dat is gemaakt van nanomaterialen zoals nanodraad als resonator en kan laser uitzenden onder foto -excitatie of elektrische excitatie. De grootte van deze laser is vaak slechts honderden micron of zelfs tientallen micron, en de diameter is aan de nanometerorde, wat een belangrijk onderdeel is van het toekomstige dunne filmscherm, geïntegreerde optiek en andere velden.
Classificatie van nanolaser:
1. Nanowire laser
In 2001 creëerden onderzoekers van de Universiteit van Californië, Berkeley, in de Verenigde Staten, 's werelds kleinste laser-nanolasers-op de nanooptische draad slechts duizendste van de lengte van een menselijk haar. Deze laser stoot niet alleen ultraviolette lasers uit, maar kan ook worden afgestemd om lasers uit te zenden, variërend van blauw tot diep ultraviolet. De onderzoekers gebruikten een standaardtechniek genaamd georiënteerde epifytatie om de laser uit pure zinkoxidekristallen te maken. Ze 'gekweekte' nanodraden, dat wil zeggen gevormd op een gouden laag met een diameter van 20 nm tot 150 nm en een lengte van 10.000 nm pure zinkoxidedraden. Toen de onderzoekers de zuivere zinkoxidekristallen in de nanodraden met een andere laser onder de kas activeerden, stoten de zuivere zinkoxidekristallen een laser uit met een golflengte van slechts 17 nm. Dergelijke nanolasers kunnen uiteindelijk worden gebruikt om chemicaliën te identificeren en de informatieopslagcapaciteit van computerschijven en fotonische computers te verbeteren.
2. Ultraviolette nanolaser
Na de komst van micro-lasers, micro-disk lasers, micro-ring lasers en kwantum lasanches lasers, maakten chemicus Yang Pidong en zijn collega's aan de Universiteit van Californië, Berkeley, Berkeley, kamertemperatuur nanolasers. Deze zinkoxide -nanolaser kan een laser uitzenden met een lijnbreedte van minder dan 0,3 nm en een golflengte van 385 nm onder lichte excitatie, die wordt beschouwd als de kleinste laser ter wereld en een van de eerste praktische apparaten die zijn vervaardigd met behulp van nanotechnologie. In de eerste fase van de ontwikkeling voorspelden de onderzoekers dat deze ZnO -nanolaser gemakkelijk te produceren is, hoge helderheid, klein formaat en de prestaties gelijk zijn aan of zelfs beter dan Gan Blue Lasers. Vanwege de mogelijkheid om nanowire arrays met hoge dichtheid te maken, kunnen ZnO-nanolasers veel applicaties invoeren die niet mogelijk zijn met de GAAS-apparaten van vandaag. Om dergelijke lasers te laten groeien, wordt ZnO -nanodraad gesynthetiseerd door gastransportmethode die epitaxiale kristalgroei katalyseert. Eerst is het saffiersubstraat bedekt met een laag van 1 nm ~ 3,5 nm dikke gouden film en het vervolgens op een aluminiumoxideboot, het materiaal en het substraat worden verwarmd tot 880 ° C ~ 905 ° C in de ammoniakstroom om Zn -stoom te produceren en vervolgens de Zn -stoom naar het substraat wordt getransporteerd. Nanodraden van 2μm ~ 10μM met hexagonaal dwarsdoorsnede werden gegenereerd in het groeiproces van 2min ~ 10min. De onderzoekers ontdekten dat ZnO -nanodraad een natuurlijke laserholte vormt met een diameter van 20 nm tot 150 nm, en de meeste (95%) van de diameter is 70 nm tot 100 nm. Om gestimuleerde emissie van de nanodraden te bestuderen, pompten de onderzoekers het monster optisch in een kas met de vierde harmonische output van A ND: YAG -laser (266 nm golflengte, 3NS pulsbreedte). Tijdens de evolutie van het emissiespectrum wordt het licht beschreven met de toename van het pompvermogen. Wanneer het lasering de drempel van ZnO nanodraad (ongeveer 40 kW/cm) overschrijdt, verschijnt het hoogste punt in het emissiespectrum. De lijnbreedte van deze hoogste punten is minder dan 0,3 nm, wat meer dan 1/50 minder is dan de lijnbreedte uit het emissie -hoekpunt onder de drempel. Deze smalle lijnbreedten en snelle toename van de emissie -intensiteit brachten de onderzoekers ertoe te concluderen dat gestimuleerde emissie inderdaad in deze nanodraden plaatsvindt. Daarom kan deze nanodraadarray fungeren als een natuurlijke resonator en dus een ideale micro -laserbron worden. De onderzoekers zijn van mening dat deze nanolaser met korte golflengte kan worden gebruikt in de velden van optische computing, informatieopslag en nanoanalyzer.
3. Quantum Well Lasers
Voor en na 2010 zal de lijnbreedte die op de halfgeleiderchip is geëtst, 100 nm of minder bereikt, en er zullen slechts enkele elektronen in het circuit bewegen, en de toename en afname van een elektron zal een grote impact hebben op de werking van het circuit. Om dit probleem op te lossen, werden kwantumwell lasers geboren. In de kwantummechanica wordt een potentieel veld dat de beweging van elektronen beperkt en kwantiseert een kwantumput genoemd. Deze kwantumbeperking wordt gebruikt om kwantumergieniveaus te vormen in de actieve laag van de halfgeleiderlaser, zodat de elektronische overgang tussen de energieniveaus de geëxciteerde straling van de laser domineert, die een kwantumwell laser is. Er zijn twee soorten kwantumwell -lasers: kwantumlijnlasers en kwantumstip -lasers.
① Quantumlijn laser
Wetenschappers hebben kwantumdraadlasers ontwikkeld die 1000 keer krachtiger zijn dan traditionele lasers, en zetten een grote stap in de richting van het maken van snellere computers en communicatieapparaten. De laser, die de snelheid van audio, video, internet en andere vormen van communicatie over glasvezelnetwerken kan verhogen, is ontwikkeld door wetenschappers van Yale University, Lucent Technologies Bell Labs in New Jersey en het Max Planck Institute for Physics in Dresden, Duitsland. Deze lasers met een hoger vermogen zouden de behoefte aan dure repeaters verminderen, die elke 80 km (50 mijl) langs de communicatielijn worden geïnstalleerd en opnieuw laserpulsen produceren die minder intens zijn als ze door de vezel reizen (repeaters).
Posttijd: juni-15-2023