O nanolaser é un tipo de micro e nano dispositivo que está feito de nanomateriais como o nanocío como resonador e pode emitir láser baixo fotoexcitación ou excitación eléctrica.O tamaño deste láser adoita ser só de centos de micras ou incluso decenas de micras, e o diámetro depende da orde dos nanómetros, que é unha parte importante da futura pantalla de película delgada, a óptica integrada e outros campos.
Clasificación do nanolaser:
1. Láser de nanofíos
En 2001, investigadores da Universidade de California, Berkeley, nos Estados Unidos, crearon o láser máis pequeno do mundo (nanoláseres) no fío nanoóptico só a 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 desde o azul ata o ultravioleta profundo.Os investigadores utilizaron unha técnica estándar chamada epifitación orientada para crear o láser a partir de cristais de óxido de cinc puros.Primeiro "cultivaron" nanofíos, é dicir, formáronse nunha capa de ouro cun diámetro de 20 nm a 150 nm e unha lonxitude de fíos de óxido de cinc puro de 10.000 nm.Entón, cando os investigadores activaron os cristais de óxido de cinc puro nos nanocables con outro láser debaixo do invernadoiro, os cristais de óxido de cinc puros emitiron un láser cunha lonxitude de onda de só 17 nm.Estes nanolaser poderían utilizarse eventualmente para identificar produtos químicos e mellorar a capacidade de almacenamento de información dos discos dos ordenadores e dos ordenadores fotónicos.
2. Nanolaser ultravioleta
Tras a aparición dos microláseres, micro-disco, micro-anel e láseres de avalancha cuántica, o químico Yang Peidong e os seus colegas da Universidade de California, Berkeley, fabricaron nanolaser a temperatura ambiente.Este nanolaser de óxido de cinc pode emitir un láser cun ancho de liña inferior a 0,3 nm e unha lonxitude de onda de 385 nm baixo excitación luminosa, que se considera o láser máis pequeno do mundo e un dos primeiros dispositivos prácticos fabricados mediante nanotecnoloxía.Na fase inicial de desenvolvemento, os investigadores predixeron que este nanolaser de ZnO é fácil de fabricar, alto brillo, tamaño pequeno e o rendemento é igual ou mesmo mellor que os láseres azuis GaN.Debido á capacidade de facer matrices de nanofíos de alta densidade, os nanolaser de ZnO poden entrar en moitas aplicacións que non son posibles cos dispositivos GaAs actuais.Para cultivar tales láseres, o nanocío de ZnO sintetízase mediante un método de transporte de gas que cataliza o crecemento de cristais epitaxiais.En primeiro lugar, o substrato de zafiro está revestido cunha capa de película de ouro de 1 nm ~ 3,5 nm de espesor, e despois colócase nun barco de alúmina, o material e o substrato quéntanse a 880 ° C ~ 905 ° C no fluxo de amoníaco para producir Vapor de Zn, e despois o vapor de Zn transpórtase ao substrato.No proceso de crecemento de 2min ~ 10min xeráronse nanocables de 2μm~10μm con área de sección transversal hexagonal.Os investigadores descubriron que o nanocío 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 ópticamente a mostra nun invernadoiro coa cuarta saída harmónica dun láser Nd:YAG (lonxitude de onda de 266 nm, ancho de pulso de 3 ns).Durante a evolución do espectro de emisión, a luz é coxa co aumento da potencia da bomba.Cando o láser supera o limiar do nanocío de ZnO (uns 40 kW/cm), o punto máis alto aparecerá no espectro de emisión.O ancho da liña destes puntos máis altos é inferior a 0,3 nm, o que é máis de 1/50 menos que o ancho da liña desde o vértice de emisión por debaixo do limiar.Estes anchos de liña estreitos e os rápidos aumentos da intensidade da emisión levaron aos investigadores a concluír que a emisión estimulada realmente ocorre nestes nanocables.Polo tanto, esta matriz de nanofíos pode actuar como un resonador natural e converterse así nunha fonte de micro láser ideal.Os investigadores cren que este nanolaser de lonxitude de onda curta pode usarse nos campos da computación óptica, almacenamento de información e nanoanalizador.
3. Láseres de pozo cuántico
Antes e despois de 2010, o ancho de liña gravado no chip semicondutor alcanzará os 100 nm ou menos, e só haberá uns poucos electróns que se moverán no circuíto, e o aumento e diminución dun electrón terá un gran impacto no funcionamento do circuíto.Para resolver este problema, naceron os láseres de pozo cuántico.En mecánica cuántica, un campo potencial que restrinxe o movemento dos electróns e os cuantifica denomínase pozo cuántico.Esta restrición cuántica utilízase para formar niveis de enerxía cuántica na capa activa do láser semicondutor, de xeito que a transición electrónica entre os niveis de enerxía domina 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
Os científicos desenvolveron láseres de fío cuántico que son 1.000 veces máis potentes que os láseres tradicionais, dando un gran paso na creación de ordenadores e dispositivos de comunicación máis rápidos.O láser, que pode aumentar a velocidade de audio, 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 pola fibra (Repetidores).
Hora de publicación: 15-Xun-2023