Нанолазер — это своего рода микро- и наноустройство, которое изготовлено из наноматериалов, таких как нанопроволока, в качестве резонатора и может излучать лазер при фотовозбуждении или электрическом возбуждении.Размер этого лазера часто составляет всего лишь сотни микрон или даже десятки микрон, а диаметр — порядка нанометра, что является важной частью будущего тонкопленочного дисплея, интегральной оптики и других областей.
Классификация нанолазеров:
1. Нанопроволочный лазер
В 2001 году исследователи из Калифорнийского университета в Беркли в США создали самый маленький в мире лазер – нанолазер – на нанооптической проволоке, длина которой составляет всего одну тысячную длины человеческого волоса.Этот лазер не только излучает ультрафиолетовые лазеры, но также может быть настроен на излучение лазеров в диапазоне от синего до глубокого ультрафиолета.Исследователи использовали стандартную технику, называемую ориентированной эпифитацией, для создания лазера из чистых кристаллов оксида цинка.Они сначала «культивировали» нанопроволоки, то есть сформировали на слое золота диаметром от 20 до 150 нм и длиной 10 000 нм проволоки из чистого оксида цинка.Затем, когда исследователи активировали кристаллы чистого оксида цинка в нанопроволоках с помощью другого лазера под теплицей, кристаллы чистого оксида цинка излучали лазер с длиной волны всего 17 нм.Такие нанолазеры в конечном итоге могут быть использованы для идентификации химических веществ и улучшения емкости хранения информации на компьютерных дисках и фотонных компьютерах.
2. Ультрафиолетовый нанолазер.
После появления микролазеров, микродисковых лазеров, микрокольцевых лазеров и квантовых лавинных лазеров химик Ян Пейдун и его коллеги из Калифорнийского университета в Беркли создали нанолазеры при комнатной температуре.Этот нанолазер на оксиде цинка может излучать лазер с шириной линии менее 0,3 нм и длиной волны 385 нм при световом возбуждении, который считается самым маленьким лазером в мире и одним из первых практических устройств, изготовленных с использованием нанотехнологий.На начальном этапе разработки исследователи предсказывали, что этот нанолазер ZnO прост в изготовлении, имеет высокую яркость, небольшой размер, а производительность равна или даже превосходит синие лазеры на GaN.Благодаря возможности создавать массивы нанопроволок высокой плотности, нанолазеры ZnO могут найти применение во многих приложениях, которые невозможны для современных устройств на основе GaAs.Для выращивания таких лазеров нанопроволока ZnO синтезируется методом газотранспорта, который катализирует эпитаксиальный рост кристаллов.Сначала сапфировую подложку покрывают слоем золотой пленки толщиной 1–3,5 нм, а затем помещают ее в лодочку из оксида алюминия, материал и подложку нагревают до 880 ° C ~ 905 ° C в потоке аммиака для получения Пар Zn, а затем пар Zn транспортируется к подложке.Нанопроволоки размером 2–10 мкм с гексагональной площадью поперечного сечения были созданы в процессе роста продолжительностью 2–10 минут.Исследователи обнаружили, что нанопроволока ZnO образует естественную лазерную полость диаметром от 20 до 150 нм, а большая часть (95%) ее диаметра составляет от 70 до 100 нм.Чтобы изучить стимулированное излучение нанопроволок, исследователи оптически накачали образец в теплице с помощью четвертой гармоники Nd:YAG-лазера (длина волны 266 нм, длительность импульса 3 нс).В процессе эволюции спектра излучения свет хромает с увеличением мощности накачки.Когда генерация превысит порог нанопроволоки ZnO (около 40 кВт/см), в спектре излучения появится самая высокая точка.Ширина линии этих самых высоких точек составляет менее 0,3 нм, что более чем на 1/50 меньше ширины линии от вершины излучения ниже порога.Эта узкая ширина линий и быстрое увеличение интенсивности излучения привели исследователей к выводу, что стимулированное излучение действительно происходит в этих нанопроволоках.Таким образом, этот массив нанопроволок может действовать как естественный резонатор и, таким образом, стать идеальным источником микролазера.Исследователи полагают, что этот коротковолновый нанолазер можно использовать в области оптических вычислений, хранения информации и наноанализатора.
3. Лазеры с квантовыми ямами
До и после 2010 года ширина линии, выгравированной на полупроводниковом чипе, достигнет 100 нм или меньше, и в цепи будет двигаться лишь несколько электронов, а увеличение и уменьшение количества электронов будет иметь большое влияние на работу микросхемы. схема.Для решения этой проблемы были созданы лазеры на квантовых ямах.В квантовой механике потенциальное поле, которое ограничивает движение электронов и квантует их, называется квантовой ямой.Это квантовое ограничение используется для формирования квантовых уровней энергии в активном слое полупроводникового лазера, так что электронный переход между уровнями энергии доминирует над возбужденным излучением лазера, который является лазером с квантовыми ямами.Существует два типа лазеров с квантовыми ямами: лазеры с квантовыми линиями и лазеры с квантовыми точками.
① Квантовый линейный лазер
Ученые разработали квантовые проволочные лазеры, которые в 1000 раз мощнее традиционных лазеров, что делает большой шаг к созданию более быстрых компьютеров и устройств связи.Лазер, который может увеличить скорость аудио, видео, Интернета и других видов связи по оптоволоконным сетям, был разработан учеными Йельского университета, Lucent Technologies Bell LABS в Нью-Джерси и Института физики Макса Планка в Дрездене. Германия.Эти более мощные лазеры снизят потребность в дорогих повторителях, которые устанавливаются каждые 80 км (50 миль) вдоль линии связи и снова производят лазерные импульсы, которые становятся менее интенсивными по мере прохождения по оптоволокну (повторители).
Время публикации: 15 июня 2023 г.