Nanolazer - bu rezonator sifatida nanosim kabi nanomateriallardan tayyorlangan va fotoqo'zg'alish yoki elektr qo'zg'alishi ostida lazer chiqarishi mumkin bo'lgan mikro va nano qurilma turi. Ushbu lazerning o'lchami ko'pincha atigi yuzlab mikron yoki hatto o'nlab mikronni tashkil qiladi va diametri nanometr tartibiga yetadi, bu kelajakdagi yupqa plyonkali displey, integratsiyalashgan optika va boshqa sohalarning muhim qismidir.
Nanolazerlarning tasnifi:
1. Nanosimli lazer
2001-yilda Qo'shma Shtatlardagi Berkli shahridagi Kaliforniya universiteti tadqiqotchilari inson sochining atigi mingdan bir qismiga teng bo'lgan nanooptik simda dunyodagi eng kichik lazer - nanolazerlarni yaratdilar. Bu lazer nafaqat ultrabinafsha lazerlarni chiqaradi, balki ko'kdan to'q ultrabinafshagacha bo'lgan lazerlarni chiqarish uchun ham sozlanishi mumkin. Tadqiqotchilar sof rux oksidi kristallaridan lazer yaratish uchun yo'naltirilgan epifitatsiya deb nomlangan standart texnikadan foydalanganlar. Ular avval nanosimlarni "madaniylashtirdilar", ya'ni diametri 20 nm dan 150 nm gacha va uzunligi 10 000 nm bo'lgan sof rux oksidi simlarining oltin qatlamida hosil bo'ldilar. Keyin, tadqiqotchilar nanosimlardagi sof rux oksidi kristallarini issiqxona ostidagi boshqa lazer bilan faollashtirganda, sof rux oksidi kristallari atigi 17 nm to'lqin uzunligiga ega lazer chiqardi. Bunday nanolazerlar oxir-oqibat kimyoviy moddalarni aniqlash va kompyuter disklari va fotonik kompyuterlarning ma'lumot saqlash sig'imini yaxshilash uchun ishlatilishi mumkin.
2. Ultrabinafsha nanolazer
Mikro-lazerlar, mikro-disk lazerlari, mikro-halqa lazerlari va kvant ko'chki lazerlari paydo bo'lgandan so'ng, kimyogar Yang Peidong va uning Kaliforniya universiteti, Berklidagi hamkasblari xona haroratidagi nanolazerlarni yaratdilar. Ushbu rux oksidi nanolazeri yorug'lik qo'zg'alishi ostida chiziq kengligi 0,3 nm dan kam va to'lqin uzunligi 385 nm bo'lgan lazerni chiqarishi mumkin, bu dunyodagi eng kichik lazer va nanotexnologiya yordamida ishlab chiqarilgan birinchi amaliy qurilmalardan biri hisoblanadi. Rivojlanishning dastlabki bosqichida tadqiqotchilar ushbu ZnO nanolazerini ishlab chiqarish oson, yuqori yorqinlik, kichik o'lcham va ishlash GaN ko'k lazerlariga teng yoki hatto undan ham yaxshiroq ekanligini taxmin qilishdi. Yuqori zichlikdagi nanosimlar massivlarini yaratish qobiliyati tufayli ZnO nanolazerlari bugungi GaAs qurilmalarida mumkin bo'lmagan ko'plab ilovalarga kirishi mumkin. Bunday lazerlarni o'stirish uchun ZnO nanosimlari epitaksial kristall o'sishini katalizlovchi gaz transport usuli bilan sintezlanadi. Birinchidan, sapfir substrati 1 nm ~ 3,5 nm qalinlikdagi oltin plyonka qatlami bilan qoplanadi va keyin alyuminiy oksidi qayig'iga qo'yiladi, material va substrat ammiak oqimida 880 ° C ~ 905 ° C gacha qizdirilib, Zn bug'i hosil qilinadi, so'ngra Zn bug'i substratga tashiladi. Olti burchakli kesim maydoniga ega 2 mkm ~ 10 mkm nanosimlar 2 daqiqa ~ 10 daqiqalik o'sish jarayonida hosil bo'ldi. Tadqiqotchilar ZnO nanosimining diametri 20 nm dan 150 nm gacha bo'lgan tabiiy lazer bo'shlig'ini hosil qilishini va uning diametrining ko'p qismi (95%) 70 nm dan 100 nm gacha ekanligini aniqladilar. Nanosimlarning stimulyatsiya qilingan emissiyasini o'rganish uchun tadqiqotchilar namunani Nd:YAG lazerining to'rtinchi garmonik chiqishi (266 nm to'lqin uzunligi, 3 ns impuls kengligi) bilan issiqxonada optik ravishda pompaladilar. Emissiya spektrining evolyutsiyasi jarayonida nasos quvvatining oshishi bilan yorug'lik pasayadi. Lazerlash ZnO nanosimining chegarasidan (taxminan 40 kVt/sm2) oshib ketganda, emissiya spektrida eng yuqori nuqta paydo bo'ladi. Bu eng yuqori nuqtalarning chiziq kengligi 0,3 nm dan kam, bu chegara ostidagi emissiya cho'qqisidan chiziq kengligidan 1/50 dan ko'proq kam. Bu tor chiziq kengliklari va emissiya intensivligining tez o'sishi tadqiqotchilarni stimulyatsiya qilingan emissiya haqiqatan ham bu nanosimlarda sodir bo'ladi degan xulosaga keltirdi. Shuning uchun, bu nanosimlar massivi tabiiy rezonator vazifasini bajarishi va shu tariqa ideal mikro lazer manbaiga aylanishi mumkin. Tadqiqotchilarning fikricha, bu qisqa to'lqinli nanolazer optik hisoblash, axborotni saqlash va nanoanalizator sohalarida qo'llanilishi mumkin.
3. Kvant quduqlari lazerlari
2010-yildan oldin va keyin yarimo'tkazgich chipiga o'yilgan chiziq kengligi 100 nm yoki undan kamroqqa yetadi va zanjirda atigi bir nechta elektron harakatlanadi va elektronning ko'payishi va kamayishi zanjirning ishlashiga katta ta'sir ko'rsatadi. Ushbu muammoni hal qilish uchun kvant quduq lazerlari paydo bo'ldi. Kvant mexanikasida elektronlarning harakatini cheklaydigan va ularni kvantlaydigan potensial maydon kvant quduq deb ataladi. Bu kvant cheklovi yarimo'tkazgich lazerining faol qatlamida kvant energiya sathlarini hosil qilish uchun ishlatiladi, shunda energiya sathlari orasidagi elektron o'tish kvant quduq lazeri bo'lgan lazerning qo'zg'atilgan nurlanishiga ustunlik qiladi. Kvant quduq lazerlarining ikki turi mavjud: kvant chiziqli lazerlar va kvant nuqta lazerlari.
① Kvant chiziqli lazer
Olimlar an'anaviy lazerlarga qaraganda 1000 baravar kuchliroq bo'lgan kvant simli lazerlarni ishlab chiqdilar va tezroq kompyuterlar va aloqa qurilmalarini yaratish yo'lida katta qadam tashladilar. Optik tolali tarmoqlar orqali audio, video, internet va boshqa aloqa turlarining tezligini oshirishi mumkin bo'lgan lazer Yel universiteti, Nyu-Jersi shtatidagi Lucent Technologies Bell LABS va Germaniyaning Drezden shahridagi Maks Plank fizika instituti olimlari tomonidan ishlab chiqilgan. Ushbu yuqori quvvatli lazerlar aloqa liniyasi bo'ylab har 80 km (50 mil) da o'rnatiladigan qimmat takrorlovchilarga ehtiyojni kamaytiradi va yana tola orqali o'tayotganda kamroq intensiv lazer impulslarini (takrorlovchilar) ishlab chiqaradi.
Nashr vaqti: 2023-yil 15-iyun