O nanoláser é un tipo de micro e nanodispositivo feito de nanomateriais como nanofíos como resonador e pode emitir láser baixo fotoexcitación ou excitación eléctrica. O tamaño deste láser adoita ser de só centos de micras ou incluso decenas de micras, e o diámetro é da orde nanométrica, o que constitúe unha parte importante das futuras pantallas de película fina, a óptica integrada e outros campos.
Clasificación dos nanoláseres:
1. Láser de nanofíos
En 2001, investigadores da Universidade de California, Berkeley, nos Estados Unidos, crearon o láser máis pequeno do mundo (nanoláseres) nun fío nanoóptico que só tiña unha milésima parte da lonxitude dun cabelo humano. Este láser non só emite láseres ultravioleta, senón que tamén se pode sintonizar para emitir láseres que van dende o azul ata o ultravioleta profundo. Os investigadores empregaron unha técnica estándar chamada epifitación orientada para crear o láser a partir de cristais de óxido de zinc puro. Primeiro "cultivaron" nanofíos, é dicir, formaron fíos de óxido de zinc puro sobre unha capa de ouro cun diámetro de 20 nm a 150 nm e unha lonxitude de 10.000 nm. Despois, cando os investigadores activaron os cristais de óxido de zinc puro nos nanofíos con outro láser baixo o invernadoiro, os cristais de óxido de zinc puro emitiron un láser cunha lonxitude de onda de só 17 nm. Estes nanoláseres poderían usarse eventualmente para identificar produtos químicos e mellorar a capacidade de almacenamento de información dos discos de ordenador e os ordenadores fotónicos.
2. Nanoláser ultravioleta
Tras a chegada dos microláseres, os láseres de microdisco, os láseres de microaneis e os láseres de avalancha cuántica, o químico Yang Peidong e os seus colegas da Universidade de California, Berkeley, crearon nanoláseres a temperatura ambiente. Este nanolásere de óxido de zinc pode emitir un láser cun ancho de liña inferior a 0,3 nm e unha lonxitude de onda de 385 nm baixo excitación luminosa, o que se considera o láser máis pequeno do mundo e un dos primeiros dispositivos prácticos fabricados con nanotecnoloxía. Na fase inicial de desenvolvemento, os investigadores predixeron que este nanolásere de ZnO é fácil de fabricar, de alto brillo, pequeno tamaño e que o rendemento é igual ou incluso mellor que o dos láseres azuis de GaN. Debido á capacidade de fabricar matrices de nanofíos de alta densidade, os nanoláseres de ZnO poden ter moitas aplicacións que non son posibles cos dispositivos de GaAs actuais. Para cultivar estes láseres, o nanofío de ZnO sintetízase mediante o método de transporte de gas, que cataliza o crecemento epitaxial do cristal. Primeiro, o substrato de zafiro cóbrese cunha capa de película de ouro de 1 nm a 3,5 nm de grosor e, a continuación, colócase nunha barcaza de alúmina. O material e o substrato quéntanse a 880 °C ~ 905 °C no fluxo de amoníaco para producir vapor de Zn e, a continuación, o vapor de Zn transpórtase ao substrato. No proceso de crecemento de 2 min a 10 min xeráronse nanofíos de 2 μm ~ 10 μm cunha área de sección transversal hexagonal. Os investigadores descubriron que o nanofío de ZnO forma unha cavidade láser natural cun diámetro de 20 nm a 150 nm, e a maior parte (95 %) do seu diámetro é de 70 nm a 100 nm. Para estudar a emisión estimulada dos nanofíos, os investigadores bombearon opticamente a mostra nun invernadoiro coa saída harmónica do cuarto láser Nd:YAG (lonxitude de onda de 266 nm, ancho de pulso de 3 ns). Durante a evolución do espectro de emisión, a luz se engancha co aumento da potencia de bombeo. Cando a emisión láser supera o limiar do nanofío de ZnO (uns 40 kW/cm), aparecerá o punto máis alto no espectro de emisión. O ancho de liña destes puntos máis altos é inferior a 0,3 nm, o que é máis de 1/50 menos que o ancho de liña desde o vértice de emisión por debaixo do limiar. Estes anchos de liña estreitos e os rápidos aumentos na intensidade da emisión levaron aos investigadores a concluír que a emisión estimulada se produce nestes nanofíos. Polo tanto, esta matriz de nanofíos pode actuar como un resonador natural e converterse así nunha fonte de microláser ideal. Os investigadores cren que este nanoláser de lonxitude de onda curta pode utilizarse nos campos da computación óptica, o almacenamento de información e o nanoanalizador.
3. Láseres de pozo cuántico
Antes e despois de 2010, o ancho de liña gravado no chip semiconductor alcanzaría os 100 nm ou menos, e só habería uns poucos electróns movéndose no circuíto, e o aumento e a diminución dun electrón terían un grande impacto no funcionamento do circuíto. Para resolver este problema, naceron os láseres de pozo cuántico. Na mecánica cuántica, un campo potencial que restrinxe o movemento dos electróns e os cuantiza chámase pozo cuántico. Esta restrición cuántica utilízase para formar niveis de enerxía cuántica na capa activa do láser semiconductor, de xeito que a transición electrónica entre os niveis de enerxía domine a radiación excitada do láser, que é un láser de pozo cuántico. Hai dous tipos de láseres de pozo cuántico: láseres de liña cuántica e láseres de puntos cuánticos.
① Láser de liña cuántica
Uns científicos desenvolveron láseres de fío cuántico que son 1000 veces máis potentes que os láseres tradicionais, o que supón un gran paso cara á creación de ordenadores e dispositivos de comunicación máis rápidos. O láser, que pode aumentar a velocidade do audio, o vídeo, Internet e outras formas de comunicación a través de redes de fibra óptica, foi desenvolvido por científicos da Universidade de Yale, Lucent Technologies Bell LABS en Nova Jersey e o Instituto Max Planck de Física en Dresde, Alemaña. Estes láseres de maior potencia reducirían a necesidade de repetidores caros, que se instalan cada 80 km (50 millas) ao longo da liña de comunicación, producindo de novo pulsos láser que son menos intensos mentres viaxan a través da fibra (repetidores).
Data de publicación: 15 de xuño de 2023