O nanolaser é um tipo de dispositivo micro e nano feito de nanomateriais como o nanofio como ressonador e pode emitir laser sob fotoexcitação ou excitação elétrica. O tamanho desse laser geralmente é de apenas centenas de microns ou até dezenas de microns, e o diâmetro depende da ordem dos nanômetros, que é uma parte importante da futura exibição de filmes finos, óptica integrada e outros campos.
Classificação do nanolaser:
1. Laser de nanofios
Em 2001, pesquisadores da Universidade da Califórnia, Berkeley, nos Estados Unidos, criaram o menor laser mundial-nanolasers-no fio nanoopático, apenas um milésimo do comprimento de um cabelo humano. Este laser não apenas emite lasers ultravioleta, mas também pode ser ajustado para emitir lasers que variam de azul a ultravioleta profundo. Os pesquisadores usaram uma técnica padrão chamada epifitação orientada para criar o laser a partir de cristais de óxido de zinco puro. Eles primeiro "cultivados" nanofios, ou seja, formados em uma camada de ouro com um diâmetro de 20nm a 150Nm e um comprimento de fios de óxido de zinco puro de 10.000 nm. Então, quando os pesquisadores ativaram os cristais de óxido de zinco puro nos nanofios com outro laser sob a estufa, os cristais de óxido de zinco puro emitiram um laser com um comprimento de onda de apenas 17Nm. Esses nanolasers podem eventualmente ser usados para identificar produtos químicos e melhorar a capacidade de armazenamento de informações dos discos de computador e computadores fotônicos.
2. Nanolaser ultravioleta
Após o advento de micro-lasers, lasers de micro-disco, lasers de micro-ring e lasers quânticos de avalanche, químico Yang Peidong e seus colegas da Universidade da Califórnia, Berkeley, fizeram nanolasers de temperatura ambiente. Este nanolaser de óxido de zinco pode emitir um laser com uma largura de linha inferior a 0,3 nm e um comprimento de onda de 385 nm sob excitação leve, que é considerado o menor laser do mundo e um dos primeiros dispositivos práticos fabricados usando nanotecnologia. Na fase inicial do desenvolvimento, os pesquisadores previram que esse nanolaser de ZnO é fácil de fabricar, alto brilho, tamanho pequeno e o desempenho é igual ou até melhor que os lasers azul gan. Devido à capacidade de fazer matrizes de nanofios de alta densidade, os nanolasers de ZnO podem inserir muitos aplicativos que não são possíveis com os dispositivos GAAs atuais. Para aumentar esses lasers, o nanofio de ZnO é sintetizado pelo método de transporte de gás que catalisa o crescimento do cristal epitaxial. Primeiro, o substrato de safira é revestido com uma camada de filme de ouro de 1 nm ~ 3,5 nm de espessura e depois o coloca em um barco de alumina, o material e o substrato são aquecidos a 880 ° C ~ 905 ° C no fluxo de amônia para produzir Zn Steam e, em seguida, o vapor Zn é transportado para o subsato. Os nanofios de 2μm ~ 10μm com área transversal hexagonal foram gerados no processo de crescimento de 2min ~ 10min. Os pesquisadores descobriram que o nanofio de ZnO forma uma cavidade a laser natural com um diâmetro de 20Nm a 150Nm e a maioria (95%) do seu diâmetro é de 70 nm a 100nm. Para estudar a emissão estimulada dos nanofios, os pesquisadores bombearam opticamente a amostra em uma estufa com a quarta produção harmônica de um laser de nd: yag (comprimento de onda de 266nm, largura de pulso de 3ns). Durante a evolução do espectro de emissão, a luz é lançada com o aumento da potência da bomba. Quando a lasagem excede o limiar do nanofio de ZnO (cerca de 40kW/cm), o ponto mais alto aparecerá no espectro de emissão. A largura da linha desses pontos mais altos é menor que 0,3Nm, que é superior a 1/50 menor que a largura da linha do vértice da emissão abaixo do limite. Essas larguras de linha estreitas e aumentos rápidos na intensidade de emissão levaram os pesquisadores a concluir que a emissão estimulada ocorre realmente nesses nanofios. Portanto, essa matriz de nanofios pode atuar como um ressonador natural e, assim, se tornar uma fonte ideal de micro laser. Os pesquisadores acreditam que esse nanolaser de comprimento de onda curto pode ser usado nos campos de computação óptica, armazenamento de informações e nanoanalisador.
3. Quantum Well Lasers
Antes e depois de 2010, a largura da linha gravada no chip semicondutor atingirá 100nm ou menos, e haverá apenas alguns elétrons movidos no circuito, e o aumento e diminuição de um elétron terão um grande impacto na operação do circuito. Para resolver esse problema, nasceram lasers quânticos. Na mecânica quântica, um campo potencial que restringe o movimento dos elétrons e os quantiza é chamado de poço quântico. Essa restrição quântica é usada para formar níveis de energia quântica na camada ativa do laser semicondutor, de modo que a transição eletrônica entre os níveis de energia domina a radiação excitada do laser, que é um laser quântico. Existem dois tipos de lasers quânticos: lasers de linha quântica e lasers de pontos quânticos.
① Laser de linha quântica
Os cientistas desenvolveram lasers de arame quântico 1.000 vezes mais poderosos que os lasers tradicionais, dando um grande passo para criar computadores e dispositivos de comunicação mais rápidos. O laser, que pode aumentar a velocidade de áudio, vídeo, internet e outras formas de comunicação sobre redes de fibra óptica, foi desenvolvido por cientistas da Universidade de Yale, Lucent Technologies Bell Labs em Nova Jersey e o Max Planck Institute for Physics em Dresden, Alemanha. Esses lasers de maior potência reduziriam a necessidade de repetidores caros, que são instalados a cada 80 km (50 milhas) ao longo da linha de comunicação, produzindo novamente pulsos a laser que são menos intensos à medida que viajam pela fibra (repetidores).
Hora de postagem: Jun-15-2023