Нанолазер нь резонатор болгон нано утас зэрэг наноматериалаар хийгдсэн, фотоөдөөлт эсвэл цахилгаан өдөөлтийн үед лазер ялгаруулж чаддаг нэг төрлийн микро болон нано төхөөрөмж юм. Энэхүү лазерын хэмжээ нь ихэвчлэн хэдэн зуун микрон эсвэл бүр хэдэн арван микрон байдаг бөгөөд диаметр нь нанометрийн дараалал хүртэл байдаг бөгөөд энэ нь ирээдүйн нимгэн хальсан дэлгэц, нэгдсэн оптик болон бусад салбарын чухал хэсэг юм.
Нанолазерын ангилал:
1. Нано утастай лазер
2001 онд АНУ-ын Беркли дэх Калифорнийн Их Сургуулийн судлаачид хүний үсний уртын мянганы нэгтэй тэнцэх нанооптик утсан дээр дэлхийн хамгийн жижиг лазер болох нанолазеруудыг бүтээжээ. Энэхүү лазер нь зөвхөн хэт ягаан туяаны лазер ялгаруулаад зогсохгүй цэнхэрээс гүн хэт ягаан туяа хүртэлх лазер ялгаруулдаг. Судлаачид цэвэр цайрын ислийн талстуудаас лазер үүсгэхийн тулд чиглэсэн эпифитаци гэж нэрлэгддэг стандарт аргыг ашигласан. Тэд эхлээд 20 нм-ээс 150 нм диаметртэй, 10,000 нм урттай цэвэр цайрын ислийн утаснуудаас бүрдсэн алтан давхарга дээр үүссэн нано утсыг "өсгөвөрлөсөн". Дараа нь судлаачид хүлэмжийн доор өөр нэг лазераар нано утсан дахь цэвэр цайрын ислийн талстуудыг идэвхжүүлэхэд цэвэр цайрын ислийн талстууд ердөө 17 нм долгионы урттай лазер ялгаруулжээ. Ийм нанолазеруудыг эцэст нь химийн бодисыг тодорхойлох, компьютерийн диск болон фотоник компьютерын мэдээлэл хадгалах багтаамжийг сайжруулахад ашиглаж болно.
2. Хэт ягаан туяаны нанолазер
Микро-лазер, микро-дискний лазер, микро-цагирагны лазер, квант нурангийн лазерууд гарч ирсний дараа химич Ян Пэйдун болон түүний хамтрагчид Беркли дэх Калифорнийн Их Сургуулийн өрөөний температурт нанолазер хийжээ. Энэхүү цайрын ислийн нанолазер нь гэрлийн өдөөлтийн дор 0.3 нм-ээс бага шугамын өргөн, 385 нм долгионы урттай лазер ялгаруулж чаддаг бөгөөд энэ нь дэлхийн хамгийн жижиг лазер бөгөөд нанотехнологийг ашиглан үйлдвэрлэсэн анхны практик төхөөрөмжүүдийн нэг гэж тооцогддог. Хөгжлийн эхний шатанд судлаачид энэхүү ZnO нанолазерыг үйлдвэрлэхэд хялбар, өндөр гэрэлтэй, жижиг хэмжээтэй, гүйцэтгэл нь GaN цэнхэр лазертай тэнцүү эсвэл бүр илүү сайн гэж таамаглаж байсан. Өндөр нягтралтай нано утаснуудын массив хийх чадвартай тул ZnO нанолазерууд нь өнөөгийн GaAs төхөөрөмжүүдэд боломжгүй олон хэрэглээнд нэвтэрч чаддаг. Ийм лазеруудыг ургуулахын тулд ZnO нано утсыг хийн тээвэрлэлтийн аргаар нэгтгэдэг бөгөөд энэ нь эпитаксиал талстын өсөлтийг хурдасгадаг. Эхлээд индранил суурь дээр 1 нм ~ 3.5 нм зузаантай алтан хальсан давхаргаар бүрж, дараа нь хөнгөн цагааны исэл дээр тавиад, материал болон суурь дээр аммиакийн урсгалд 880 ° C ~ 905 ° C хүртэл халааж Zn уур гаргаж, дараа нь Zn уурыг суурь руу зөөвөрлөнө. Зургаан өнцөгт хөндлөн огтлолын талбайтай 2μm ~ 10μm хэмжээтэй нано утаснуудыг 2 минут ~ 10 минутын өсөлтийн процесст үүсгэсэн. Судлаачид ZnO нано утас нь 20 нм-ээс 150 нм диаметртэй байгалийн лазерын хөндий үүсгэдэг бөгөөд түүний диаметрийн ихэнх (95%) нь 70 нм-ээс 100 нм хүртэл байдаг болохыг тогтоожээ. Нано утаснуудын өдөөгдсөн ялгаралтыг судлахын тулд судлаачид дээжийг хүлэмжинд Nd:YAG лазерын дөрөв дэх гармоник гаралттай (266 нм долгионы урт, 3 нс импульсийн өргөн) оптик аргаар шахаж авсан. Ялгарлын спектрийн хувьслын явцад насосны хүч нэмэгдэхийн хэрээр гэрэл бүдгэрдэг. Лазер нь ZnO нано утасны босгыг (ойролцоогоор 40кВт/см2) давсан үед ялгаралтын спектрт хамгийн өндөр цэг гарч ирнэ. Эдгээр хамгийн өндөр цэгүүдийн шугамын өргөн нь 0.3нм-ээс бага бөгөөд энэ нь босго хэмжээнээс доош байрлах ялгаралтын оройноос шугамын өргөнөөс 1/50 дахин бага юм. Эдгээр нарийн шугамын өргөн болон ялгаралтын эрчмийн огцом өсөлт нь судлаачдыг өдөөгдсөн ялгаралт эдгээр нано утсанд үнэхээр тохиолддог гэсэн дүгнэлтэд хүргэсэн. Тиймээс энэхүү нано утасны массив нь байгалийн резонатор болж, улмаар микро лазерын хамгийн тохиромжтой эх үүсвэр болж чадна. Судлаачид энэхүү богино долгионы нанолазерыг оптик тооцоолол, мэдээлэл хадгалах, наноанализаторын салбарт ашиглаж болно гэж үзэж байна.
3. Квант худгийн лазерууд
2010 оноос өмнө болон дараа хагас дамжуулагч чип дээр сийлсэн шугамын өргөн 100 нм буюу түүнээс бага хүрч, хэлхээнд цөөн тооны электронууд хөдөлж, электроны өсөлт, бууралт нь хэлхээний ажиллагаанд ихээхэн нөлөөлнө. Энэ асуудлыг шийдэхийн тулд квант худгийн лазерууд үүссэн. Квант механикт электронуудын хөдөлгөөнийг хязгаарлаж, тэдгээрийг квантжуулдаг потенциал талбарыг квант худаг гэж нэрлэдэг. Энэхүү квант хязгаарлалтыг хагас дамжуулагч лазерын идэвхтэй давхаргад квант энергийн түвшинг үүсгэхэд ашигладаг бөгөөд ингэснээр энергийн түвшний хоорондох электрон шилжилт нь квант худгийн лазер болох лазерын өдөөгдсөн цацрагийг давамгайлдаг. Квант худгийн лазерын хоёр төрөл байдаг: квант шугамын лазер ба квант цэгэн лазер.
1 Квант шугаман лазер
Эрдэмтэд уламжлалт лазераас 1000 дахин илүү хүчтэй квант утастай лазеруудыг боловсруулж, илүү хурдан компьютер болон харилцаа холбооны төхөөрөмжийг бий болгоход томоохон алхам хийжээ. Шилэн кабелийн сүлжээгээр дамжуулан аудио, видео, интернет болон бусад харилцаа холбооны хурдыг нэмэгдүүлэх боломжтой энэхүү лазерыг Йелийн их сургууль, Нью Жерси мужийн Lucent Technologies Bell LABS болон Германы Дрезден хотын Макс Планкийн физикийн хүрээлэнгийн эрдэмтэд боловсруулсан. Эдгээр өндөр хүчин чадалтай лазерууд нь холбооны шугамын дагуу 80 км (50 миль) тутамд суурилуулсан үнэтэй давталтын хэрэгцээг бууруулж, шилэн кабелиар дамжин өнгөрөхдөө бага эрчимтэй лазер импульс (Давталтын) үүсгэдэг.
Нийтэлсэн цаг: 2023 оны 6-р сарын 15