Nanolaser ni aina ya kifaa kidogo na cha nano ambacho kimetengenezwa kwa nanomaterials kama vile nanowire kama kitoa sauti na kinaweza kutoa leza chini ya msisimko wa picha au msisimko wa umeme.Ukubwa wa laser hii mara nyingi ni mamia tu ya microns au hata makumi ya microns, na kipenyo ni hadi utaratibu wa nanometer, ambayo ni sehemu muhimu ya maonyesho ya filamu nyembamba ya baadaye, optics jumuishi na mashamba mengine.
Uainishaji wa nanolaser:
1. Nanowire laser
Mnamo 2001, watafiti katika Chuo Kikuu cha California, Berkeley, nchini Marekani, waliunda leza ndogo zaidi duniani - nanolaser - kwenye waya wa nanooptic tu elfu moja ya urefu wa nywele za binadamu.Laser hii haitoi tu leza za ultraviolet, lakini pia inaweza kurekebishwa ili kutoa leza kuanzia bluu hadi mionzi ya jua ya kina.Watafiti walitumia mbinu ya kawaida inayoitwa epiphytation iliyoelekezwa kuunda leza kutoka kwa fuwele safi za oksidi ya zinki.Kwanza "walikuza" nanowires, ambayo ni, iliyoundwa kwenye safu ya dhahabu yenye kipenyo cha 20nm hadi 150nm na urefu wa waya 10,000 nm safi ya oksidi ya zinki.Kisha, watafiti walipowasha fuwele safi za oksidi ya zinki kwenye nanowires na leza nyingine chini ya chafu, fuwele safi za oksidi ya zinki zilitoa leza yenye urefu wa 17nm pekee.Nanolaser hizo hatimaye zinaweza kutumika kutambua kemikali na kuboresha uwezo wa kuhifadhi habari wa diski za kompyuta na kompyuta za picha.
2. Ultraviolet nanolaser
Kufuatia ujio wa lasers ndogo, leza za diski ndogo, leza za pete ndogo, na leza za quantum avalanche, duka la dawa Yang Peidong na wenzake katika Chuo Kikuu cha California, Berkeley, walitengeneza nanolaser za joto la kawaida.Nanolaser hii ya oksidi ya zinki inaweza kutoa leza yenye upana wa chini ya 0.3nm na urefu wa wimbi wa 385nm chini ya msisimko wa mwanga, ambayo inachukuliwa kuwa laser ndogo zaidi duniani na mojawapo ya vifaa vya kwanza vya vitendo vinavyotengenezwa kwa kutumia nanoteknolojia.Katika hatua ya awali ya ukuzaji, watafiti walitabiri kuwa nanolaser hii ya ZnO ni rahisi kutengeneza, mwangaza wa juu, saizi ndogo, na utendakazi ni sawa au bora zaidi kuliko leza za bluu za GaN.Kwa sababu ya uwezo wa kutengeneza safu za nanowire za wiani wa juu, nanolasers za ZnO zinaweza kuingiza programu nyingi ambazo haziwezekani na vifaa vya kisasa vya GaAs.Ili kukuza leza kama hizo, ZnO nanowire huunganishwa kwa njia ya usafiri wa gesi ambayo huchochea ukuaji wa fuwele ya epitaxial.Kwanza, substrate ya yakuti hupakwa safu ya 1 nm ~ 3.5nm nene ya filamu ya dhahabu, na kisha kuiweka kwenye mashua ya alumina, nyenzo na substrate huwashwa hadi 880 ° C ~ 905 ° C katika mtiririko wa amonia ili kuzalisha. Zn mvuke, na kisha mvuke wa Zn husafirishwa hadi kwenye substrate.Nanowires za 2μm~10μm zilizo na sehemu ya sehemu ya sehemu ya pembetatu zilitolewa katika mchakato wa ukuaji wa 2min~10min.Watafiti waligundua kuwa ZnO nanowire huunda cavity ya asili ya laser yenye kipenyo cha 20nm hadi 150nm, na zaidi (95%) ya kipenyo chake ni 70nm hadi 100nm.Ili kusoma utokaji uliochochewa wa nanowires, watafiti walisukuma sampuli hiyo kwa njia ya macho katika chafu yenye pato la nne la sauti la Nd:YAG leza (266nm wavelength, 3ns pulse width).Wakati wa mageuzi ya wigo wa utoaji, mwanga huzimishwa na ongezeko la nguvu za pampu.Wakati lasing inapozidi kizingiti cha ZnO nanowire (takriban 40kW/cm), sehemu ya juu zaidi itaonekana kwenye wigo wa utoaji.Upana wa mstari wa pointi hizi za juu zaidi ni chini ya 0.3nm, ambayo ni zaidi ya 1/50 chini ya upana wa mstari kutoka kwa vertex ya utoaji chini ya kizingiti.Upana huu mwembamba na ongezeko la haraka la kiwango cha uzalishaji uliwaongoza watafiti kuhitimisha kuwa utoaji uliochochewa unatokea katika nanowires hizi.Kwa hivyo, safu hii ya nanowire inaweza kufanya kama resonator asili na hivyo kuwa chanzo bora cha laser ndogo.Watafiti wanaamini kuwa nanolaser hii ya urefu mfupi inaweza kutumika katika nyanja za kompyuta ya macho, uhifadhi wa habari na nanoanalyzer.
3. Laser za kisima cha Quantum
Kabla na baada ya 2010, upana wa mstari uliowekwa kwenye chip ya semiconductor utafikia 100nm au chini, na kutakuwa na elektroni chache tu zinazohamia kwenye mzunguko, na kuongezeka na kupungua kwa elektroni kutakuwa na athari kubwa katika uendeshaji wa mzunguko.Ili kutatua tatizo hili, lasers za quantum zilizaliwa.Katika mechanics ya quantum, uwanja unaowezekana ambao huzuia mwendo wa elektroni na kuzipunguza huitwa kisima cha quantum.Kizuizi hiki cha quantum hutumiwa kuunda viwango vya nishati ya quantum katika safu hai ya laser ya semiconductor, ili mpito wa kielektroniki kati ya viwango vya nishati kutawala mionzi ya msisimko ya leza, ambayo ni laser ya kisima cha quantum.Kuna aina mbili za leza za kisima cha quantum: leza za mstari wa quantum na leza za nukta za quantum.
① Leza ya laini ya quantum
Wanasayansi wameunda leza za waya za quantum ambazo zina nguvu mara 1,000 zaidi ya leza za jadi, na kuchukua hatua kubwa kuelekea kuunda kompyuta na vifaa vya mawasiliano kwa kasi zaidi.Laser, ambayo inaweza kuongeza kasi ya sauti, video, Mtandao na aina zingine za mawasiliano kupitia mitandao ya fiber-optic, ilitengenezwa na wanasayansi katika Chuo Kikuu cha Yale, Lucent Technologies Bell LABS huko New Jersey na Taasisi ya Max Planck ya Fizikia huko Dresden, Ujerumani.Leza hizi zenye nguvu ya juu zaidi zingepunguza hitaji la Virudiarudia vya gharama kubwa, ambavyo huwekwa kila kilomita 80 (maili 50) kando ya laini ya mawasiliano, tena huzalisha mipigo ya leza ambayo haina makali zaidi inaposafiri kupitia nyuzi (Repeaters).
Muda wa kutuma: Juni-15-2023