Nanolaser ist eine Art Mikro- und Nano -Gerät, das aus Nanomaterialien wie Nanodraht als Resonator besteht und Laser unter Photoantrieb oder elektrischer Anregung abgeben kann. Die Größe dieses Lasers beträgt oft nur Hunderte von Mikrometern oder sogar zehn Mikrometern, und der Durchmesser entspricht der Nanometerordnung, die ein wichtiger Bestandteil der zukünftigen Dünnfilmanzeige, integrierter Optik und anderer Felder ist.
Klassifizierung von Nanolaser:
1. Nanodrahtlaser
Im Jahr 2001 gründeten Forscher der University of California in Berkeley in den USA den kleinsten Laser der Welt-Nanolaser-auf dem nanooptischen Draht nur einen Tausendstel der Länge eines menschlichen Haares. Dieser Laser emittiert nicht nur ultraviolette Laser, sondern kann auch so abgestimmt werden, dass Laser von blau bis tief ultraviolett reichen. Die Forscher verwendeten eine Standardtechnik, die als orientierte Epiphytation bezeichnet wird, um den Laser aus reinen Zinkoxidkristallen zu erzeugen. Sie „kultivierte“ Nanodrähte, dh auf einer Goldschicht mit einem Durchmesser von 20 nm bis 150 nm und einer Länge von 10.000 nm reiner Zinkoxiddrähte gebildet. Dann, wenn die Forscher die reinen Zinkoxidkristalle in den Nanodrähten mit einem anderen Laser unter dem Gewächshaus aktivierten, emittierte die reinen Zinkoxidkristalle einen Laser mit einer Wellenlänge von nur 17 nm. Solche Nanolaser könnten schließlich zur Identifizierung von Chemikalien und zur Verbesserung der Informationsspeicherkapazität von Computerdisketten und photonischen Computern verwendet werden.
2. Ultraviolett Nanolaser
Nach dem Aufkommen von Mikrolasern, Mikroscheibenlasern, Mikro-Ring-Lasern und Quantenlasern, Chemiker Yang Peidong und seiner Kollegen an der University of California, Berkeley, machten Chemiker Yang Peidong und machten Nanolaser für Raumtemperaturen. Dieser Zinkoxid -Nanolaser kann einen Laser mit einer Linie von weniger als 0,3 nm und einer Wellenlänge von 385 nm unter leichter Anregung ausgeben, die als der kleinste Laser der Welt und eines der ersten praktischen Geräte angesehen wird, die mit Nanotechnologie hergestellt wurden. In der ersten Entwicklungsphase sagten die Forscher voraus, dass dieser ZnO -Nanolaser leicht herzustellen, hohe Helligkeit, geringe Größe und die Leistung gleich oder sogar besser als Gan -Blue -Laser. Aufgrund der Fähigkeit, Nanodraht-Arrays mit hoher Dichte herzustellen, können ZnO-Nanolaser viele Anwendungen eingeben, die mit den heutigen GaAs-Geräten nicht möglich sind. Um solche Laser anzubauen, wird ZnO -Nanodraht durch Gastransportmethode synthetisiert, das das epitaxiale Kristallwachstum katalysiert. Zuerst wird das Saphir -Substrat mit einer Schicht von 1 nm ~ 3,5 nm dicker Goldfilm beschichtet und dann auf ein Aluminiumoxidboot legt, das Material und das Substrat werden auf 880 ° C ~ 905 ° C im Ammoniakfluss erhitzt, und dann wird der Zn -Dampf zum Substrat transportiert. Nanodrähte von 2 μm ~ 10 μm mit hexagonaler Querschnittsfläche wurden im Wachstumsprozess von 2 min ~ 10 min erzeugt. Die Forscher fanden heraus, dass ZnO -Nanodraht eine natürliche Laserhöhle mit einem Durchmesser von 20 nm bis 150 nm bildet und die meisten (95%) seines Durchmessers 70 nm bis 100 nm sind. Um die Emission der Nanodrähte zu untersuchen, pumpten die Forscher die Probe optisch in einem Gewächshaus mit der vierten harmonischen Ausgabe eines ND: YAG -Lasers (266 nm Wellenlänge, 3NS -Impulsbreite). Während der Entwicklung des Emissionsspektrums wird das Licht mit Zunahme der Pumpenleistung beleuchtet. Wenn die Laser den Schwellenwert von ZnO -Nanodraht (ca. 40 kW/cm) überschreitet, wird der höchste Punkt im Emissionsspektrum angezeigt. Die Linienbreite dieser höchsten Punkte beträgt weniger als 0,3 nm, was mehr als 1/50 weniger als die Leitungsbreite des Emissionscheitels unterhalb des Schwellenwerts ist. Diese engen Linienbreiten und eine schnelle Erhöhung der Emissionsintensität veranlassten die Forscher zu dem Schluss, dass in diesen Nanodrähten tatsächlich eine stimulierte Emission auftritt. Daher kann dieses Nanodraht -Array als natürlicher Resonator fungieren und somit zu einer idealen Mikrolaserquelle werden. Die Forscher glauben, dass dieser Kurzwellenlängen-Nanolaser in den Feldern des optischen Computers, der Informationsspeicherung und des Nanoanalysators verwendet werden kann.
3. Quantenbrunnen Laser
Vor und nach 2010 erreicht die Leitungsbreite auf dem Halbleiterchip 100 nm oder weniger, und es wird sich nur wenige Elektronen in der Schaltung bewegen, und die Erhöhung und Abnahme eines Elektrons hat einen großen Einfluss auf den Betrieb der Schaltung. Um dieses Problem zu lösen, wurden quantenbrunnen Laser geboren. In der Quantenmechanik wird ein potenzielles Feld, das die Bewegung von Elektronen einschränkt und sie quantisiert, als Quantenbrunnen bezeichnet. Diese Quantenbeschränkung wird verwendet, um die Quantenenergieniveaus in der aktiven Schicht des Halbleiterlasers zu bilden, so dass der elektronische Übergang zwischen den Energieniveaus die angeregte Strahlung des Lasers dominiert, was ein Quantenbrunnenlaser ist. Es gibt zwei Arten von Quantenbrunnenlasern: Quantenlinienlaser und Quantenpunktlaser.
① Quantenlinienlaser
Wissenschaftler haben Quantendrahtlaser entwickelt, die 1.000 -mal leistungsfähiger sind als herkömmliche Laser und einen großen Schritt in die Schaffung schnellerer Computer und Kommunikationsgeräte. Der Laser, der die Geschwindigkeit von Audio-, Video-, Internet- und anderen Kommunikationsformen über faseroptische Netzwerke erhöhen kann, wurde von Wissenschaftlern der Yale University, Lucent Technologies Bell Labs in New Jersey und dem Max-Planck-Institut für Physik in Dresden, Deutschland, entwickelt. Diese Laser mit höherer Leistung würden die Notwendigkeit teurer Wiederholter verringern, die alle 80 km (50 km) entlang der Kommunikationslinie installiert werden und wieder Laserimpulse erzeugen, die weniger intensiv sind, wenn sie durch die Faser fahren (Repeater).
Postzeit: Jun-15-2023