Наналазер - гэта своеасаблівая мікра- і нанапрылада, якая зроблена з нанаматэрыялаў, такіх як нанадрот, у якасці рэзанатара і можа выпраменьваць лазер пры фотаўзбуджэнні або электрычным узбуджэнні.Памер гэтага лазера часта складае ўсяго сотні ці нават дзясяткі мікрон, а дыяметр - да парадку нанаметраў, што з'яўляецца важнай часткай будучага тонкаплёнкавага дысплея, інтэграванай оптыкі і іншых галін.
Класіфікацыя наналазераў:
1. Нанопроволочный лазер
У 2001 годзе даследчыкі Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Берклі ў ЗША стварылі самы маленькі ў свеце лазер – наналазеры – на нанааптычным дроце даўжынёй усяго ў адну тысячную даўжыні чалавечага воласа.Гэты лазер не толькі выпраменьвае ўльтрафіялетавыя лазеры, але таксама можа быць настроены на выпраменьванне лазераў у дыяпазоне ад сіняга да глыбокага ультрафіялету.Даследчыкі выкарыстоўвалі стандартную тэхніку, званую арыентаванай эпіфітацыяй, каб стварыць лазер з чыстых крышталяў аксіду цынку.Яны ўпершыню «акультурылі» нанопровода, гэта значыць сфарміраваныя на залатым пласце дыяметрам ад 20 нм да 150 нм і даўжынёй 10 000 нм правадоў з чыстага аксіду цынку.Затым, калі даследчыкі актывавалі крышталі чыстага аксіду цынку ў нанаправодках іншым лазерам пад цяпліцай, крышталі чыстага аксіду цынку выпраменьвалі лазер з даўжынёй хвалі ўсяго 17 нм.Такія наналазеры ў канчатковым выніку 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, лазераў на мікрадысках, лазераў з мікракольцамі і квантавых лавінных лазераў хімік Ян Пэйдонг і яго калегі з Каліфарнійскага ўніверсітэта ў Берклі стварылі наналазеры пакаёвай тэмпературы.Гэты наналазер з аксіду цынку можа выпраменьваць лазер з шырынёй лініі менш за 0,3 нм і даўжынёй хвалі 385 нм пры ўзбуджэнні святла, які лічыцца самым маленькім лазерам у свеце і адным з першых практычных прылад, вырабленых з выкарыстаннем нанатэхналогій.На пачатковай стадыі распрацоўкі даследчыкі прагназавалі, што гэты наналазер ZnO просты ў вытворчасці, мае высокую яркасць, малы памер і прадукцыйнасць роўная або нават лепшая, чым GaN сіні лазер.З-за здольнасці ствараць масівы нанаправадоў высокай шчыльнасці наналазеры ZnO могуць знайсці шмат прыкладанняў, якія немагчымыя з сучаснымі прыладамі на аснове арсенію галлію.Каб вырошчваць такія лазеры, нанаправод ZnO сінтэзуюць метадам газатранспарту, які каталізуе эпітаксіяльны рост крышталяў.Спачатку сапфіравую падкладку пакрываюць пластом залатой плёнкі таўшчынёй 1 нм ~ 3,5 нм, а затым кладуць яе на лодку з аксіду алюмінію, матэрыял і падкладку награваюць да 880 °C ~905 °C у патоку аміяку для атрымання Пара Zn, а затым пара Zn транспартуецца да падкладкі.Нанаправады памерам 2 мкм ~ 10 мкм з шасцікутнай плошчай папярочнага перасеку былі атрыманы ў працэсе росту 2 мін ~ 10 мін.Даследчыкі выявілі, што нанаправод ZnO утварае натуральную лазерную паражніну дыяметрам ад 20 нм да 150 нм, і большая частка (95%) яе дыяметра складае ад 70 нм да 100 нм.Каб вывучыць стымуляванае выпраменьванне нанаправадоў, даследчыкі аптычна напампавалі ўзор у цяпліцы з выхадам чацвёртай гармонікі лазера Nd:YAG (даўжыня хвалі 266 нм, шырыня імпульсу 3 нс).Падчас эвалюцыі спектру выпраменьвання святло змяншаецца з павелічэннем магутнасці накачкі.Калі генерацыя перавышае парог нанадроту ZnO (каля 40 кВт/см), у спектры выпраменьвання з'явіцца самая высокая кропка.Шырыня лініі гэтых самых высокіх кропак менш за 0,3 нм, што больш чым на 1/50 менш шырыні лініі ад вяршыні выпраменьвання ніжэй парога.Гэтыя вузкія шырыні ліній і хуткае павелічэнне інтэнсіўнасці выпраменьвання прывялі даследчыкаў да высновы, што стымуляванае выпраменьванне сапраўды адбываецца ў гэтых нанаправодках.Такім чынам, гэты масіў нанаправадоў можа дзейнічаць як натуральны рэзанатар і, такім чынам, стаць ідэальнай крыніцай мікралазера.Даследчыкі мяркуюць, што гэты караткахвалевы наналазер можа быць выкарыстаны ў галіне аптычных вылічэнняў, захоўвання інфармацыі і нанааналізатараў.
3. Лазеры на квантавых ямах
Да і пасля 2010 года шырыня лініі, выгравіраванай на паўправадніковым чыпе, дасягне 100 нм або менш, і ў ланцугу будзе рухацца толькі некалькі электронаў, і павелічэнне і памяншэнне электрона будзе мець вялікі ўплыў на працу схема.Каб вырашыць гэтую праблему, нарадзіліся лазеры на квантавых ямах.У квантавай механіцы патэнцыяльнае поле, якое стрымлівае 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 узроўнямі энергіі дамінуе ва ўзбуджаным выпраменьванні лазера, які з'яўляецца лазерам з квантавай ямай.Існуе два тыпу лазераў на квантавых ямах: лазеры на квантавых лініях і лазеры на квантавых кропках.
① Квантавы лінейны лазер
Навукоўцы распрацавалі квантавыя драцяныя лазеры, якія ў 1000 разоў больш магутныя, чым традыцыйныя лазеры, зрабіўшы вялікі крок да стварэння больш хуткіх кампутараў і камунікацыйных прылад.Лазер, які можа павялічыць хуткасць перадачы аўдыё, відэа, Інтэрнэту і іншых формаў сувязі па валаконна-аптычных сетках, быў распрацаваны навукоўцамі Ельскага універсітэта, Lucent Technologies Bell LABS у Нью-Джэрсі і Інстытута фізікі Макса Планка ў Дрэздэне, Нямеччына.Гэтыя больш магутныя лазеры зменшаць патрэбу ў дарагіх рэтранслятарах, якія ўстанаўліваюцца праз кожныя 80 км (50 міль) уздоўж лініі сувязі, зноў вырабляючы лазерныя імпульсы меншай інтэнсіўнасці падчас праходжання праз валакно (рэтранслятары).
Час публікацыі: 15 чэрвеня 2023 г