Наналазер — гэта від мікра- і нанапрылад, выраблены з нанаматэрыялаў, такіх як нанадроты ў якасці рэзанатара, і здольны выпраменьваць лазернае выпраменьванне пры фотаўзбуджэнні або электрычным узбуджэнні. Памер гэтага лазера часта складае ўсяго сотні мікронаў або нават дзясяткі мікронаў, а дыяметр — да нанаметра, што з'яўляецца важнай часткай будучых тонкаплёнкавых дысплеяў, інтэграванай оптыкі і іншых абласцей.
Класіфікацыя наналазэра:
1. Лазер з нанаправаднікамі
У 2001 годзе даследчыкі з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Берклі (ЗША) стварылі самы маленькі ў свеце лазер — наналазеры — на нанааптычным дроце даўжынёй усяго адну тысячную ад даўжыні чалавечага валася. Гэты лазер не толькі выпраменьвае ультрафіялетавае выпраменьванне, але і можа быць настроены на выпраменьванне лазераў у дыяпазоне ад сіняга да глыбокага ультрафіялетавага выпраменьвання. Даследчыкі выкарысталі стандартную тэхніку пад назвай арыентаваная эпіфітацыя, каб стварыць лазер з чыстых крышталяў аксіду цынку. Спачатку яны «культывавалі» нанаправады, гэта значыць, сфарміраваныя на залатым пласце дыяметрам ад 20 да 150 нм і даўжынёй 10 000 нм з чыстага аксіду цынку. Затым, калі даследчыкі актывавалі чыстыя крышталі аксіду цынку ў нанаправадах іншым лазерам пад цяпліцай, чыстыя крышталі аксіду цынку выпраменьвалі лазер з даўжынёй хвалі ўсяго 17 нм. Такія наналазеры ў рэшце рэшт могуць быць выкарыстаны для ідэнтыфікацыі хімічных рэчываў і паляпшэння ёмістасці захоўвання інфармацыі камп'ютэрных дыскаў і фатонных кампутараў.
2. Ультрафіялетавы наналазер
Пасля з'яўлення мікралазераў, мікрадыскавых лазераў, мікракольцавых лазераў і квантавых лавінных лазераў, хімік Ян Пэйдун і яго калегі з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Берклі стварылі наналазеры, якія працуюць пры пакаёвай тэмпературы. Гэты наналазер на аснове аксіду цынку можа выпраменьваць лазер з шырынёй лініі менш за 0,3 нм і даўжынёй хвалі 385 нм пры ўзбуджэнні святлом, што лічыцца самым маленькім лазерам у свеце і адной з першых практычных прылад, вырабленых з выкарыстаннем нанатэхналогій. На пачатковым этапе распрацоўкі даследчыкі прагназавалі, што гэты наналазер на аснове ZnO просты ў вырабе, мае высокую яркасць, невялікі памер, а яго прадукцыйнасць роўная або нават лепшая, чым у сініх лазераў на аснове GaN. Дзякуючы магчымасці ствараць масівы з нанаправадоў высокай шчыльнасці, наналазеры на аснове ZnO могуць знайсці шмат прымяненняў, якія немагчымыя з сучаснымі прыладамі на аснове GaAs. Для вырошчвання такіх лазераў нанаправады ZnO сінтэзуюцца метадам газатранспарту, які каталізуе эпітаксіяльны рост крышталяў. Спачатку сапфіравая падкладка пакрываецца пластом залатой плёнкі таўшчынёй 1 нм ~ 3,5 нм, а затым змяшчаецца на аксідную лодку. Матэрыял і падкладка награваюцца да 880°C ~ 905°C у патоку аміяку для атрымання пары Zn, пасля чаго пара Zn транспартуецца да падкладкі. У працэсе росту на працягу 2 хвілін ~ 10 хвілін былі атрыманы нанаправады памерам 2 мкм ~ 10 мкм з плошчай шасцікутнага папярочнага сячэння. Даследчыкі выявілі, што нанаправады ZnO ўтвараюць натуральны лазерны рэзанатар дыяметрам ад 20 нм да 150 нм, а большая частка (95%) яго дыяметра складае ад 70 нм да 100 нм. Для вывучэння вымушанага выпраменьвання нанаправадоў даследчыкі аптычна накачвалі ўзор у цяпліцы выпраменьваннем чацвёртай гармонікі Nd:YAG-лазера (даўжыня хвалі 266 нм, працягласць імпульсу 3 нс). Падчас эвалюцыі спектру выпраменьвання святло слабее з павелічэннем магутнасці накачкі. Калі магутнасць лазернага выпраменьвання перавышае парог магутнасці нананітак ZnO (каля 40 кВт/см), у спектры выпраменьвання з'яўляецца найвышэйшая кропка. Шырыня лініі гэтых найвышэйшых кропак меншая за 0,3 нм, што больш чым на 1/50 менш за шырыню лініі ад вяршыні выпраменьвання ніжэй за парог. Гэтая вузкая шырыня ліній і хуткае павелічэнне інтэнсіўнасці выпраменьвання прывялі даследчыкаў да высновы, што ў гэтых нананітках сапраўды адбываецца вымушанае выпраменьванне. Такім чынам, гэты масіў нананітак можа выступаць у якасці натуральнага рэзанатара і стаць ідэальнай крыніцай мікралазера. Даследчыкі лічаць, што гэты караткахвалевы наналазер можа быць выкарыстаны ў галіне аптычных вылічэнняў, захоўвання інфармацыі і нанааналізатараў.
3. Лазеры з квантавымі ямамі
Да і пасля 2010 года шырыня лініі, выгравіраванай на паўправадніковым чыпе, дасягала 100 нм або менш, і ў ланцугу будзе рухацца толькі некалькі электронаў, і павелічэнне і памяншэнне колькасці электрона будзе мець вялікі ўплыў на працу ланцуга. Каб вырашыць гэтую праблему, былі створаны квантавыя лазеры. У квантавай механіцы патэнцыяльнае поле, якое абмяжоўвае рух электронаў і квантуе іх, называецца квантавай ямай. Гэта квантавае абмежаванне выкарыстоўваецца для фарміравання квантавых узроўняў энергіі ў актыўным пласце паўправадніковага лазера, так што электронны пераход паміж энергетычнымі ўзроўнямі дамінуе ва ўзбуджаным выпраменьванні лазера, які з'яўляецца квантава-ямным лазерам. Існуе два тыпы квантавых ямных лазераў: квантавыя лінейныя лазеры і квантава-кропкавыя лазеры.
① Квантавы лінейны лазер
Навукоўцы распрацавалі квантавыя драцяныя лазеры, якія ў 1000 разоў магутныя за традыцыйныя лазеры, зрабіўшы вялікі крок да стварэння больш хуткіх кампутараў і прылад сувязі. Лазер, які можа павялічыць хуткасць перадачы аўдыё, відэа, Інтэрнэту і іншых формаў сувязі па валаконна-аптычных сетках, быў распрацаваны навукоўцамі з Ельскага ўніверсітэта, Lucent Technologies Bell LABS у Нью-Джэрсі і Інстытута фізікі імя Макса Планка ў Дрэздэне, Германія. Гэтыя больш магутныя лазеры дазволяць знізіць неабходнасць у дарагіх рэтранслятарах, якія ўсталёўваюцца кожныя 80 км (50 міль) уздоўж лініі сувязі, зноў жа ствараючы лазерныя імпульсы, якія з'яўляюцца менш інтэнсіўнымі па меры іх праходжання па валакне (рэтранслятары).
Час публікацыі: 15 чэрвеня 2023 г.