Nanolazer, rezonatör olarak nanotel gibi nanomalzemelerden yapılmış ve foto uyarım veya elektriksel uyarım altında lazer yayabilen bir tür mikro ve nano cihazdır. Bu lazerin boyutu genellikle sadece yüzlerce mikron veya hatta onlarca mikrondur ve çapı nanometre mertebesindedir, bu da gelecekteki ince film gösteriminin, entegre optiklerin ve diğer alanların önemli bir parçasıdır.
Nanolazerin sınıflandırılması:
1. Nanotel lazer
2001 yılında, ABD'deki Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'deki araştırmacılar, insan saçının uzunluğunun yalnızca binde biri uzunluğundaki nanooptik tel üzerinde dünyanın en küçük lazerini - nanolazerleri - yarattılar. Bu lazer yalnızca ultraviyole lazerler yaymakla kalmıyor, aynı zamanda mavi ile koyu ultraviyole arasında değişen lazerler yayacak şekilde ayarlanabiliyor. Araştırmacılar, lazeri saf çinko oksit kristallerinden oluşturmak için yönlendirilmiş epifitasyon adı verilen standart bir teknik kullandılar. İlk önce nanotelleri "kültürlediler", yani 20nm ila 150nm çapında ve 10.000 nm uzunluğunda bir altın tabakası üzerinde oluşturulan saf çinko oksit telleri. Daha sonra, araştırmacılar nanotellerdeki saf çinko oksit kristallerini seranın altında başka bir lazerle aktive ettiklerinde, saf çinko oksit kristalleri yalnızca 17nm dalga boyunda bir lazer yaydı. Bu tür nanolazerler sonunda kimyasalları tanımlamak ve bilgisayar disklerinin ve fotonik bilgisayarların bilgi depolama kapasitesini artırmak için kullanılabilir.
2. Ultraviyole nano lazer
Mikro lazerler, mikro disk lazerler, mikro halka lazerler ve kuantum çığ lazerlerinin ortaya çıkmasının ardından, Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'deki kimyager Yang Peidong ve meslektaşları oda sıcaklığında nanolazerler yaptılar. Bu çinko oksit nanolazeri, ışık uyarımı altında 0,3 nm'den daha az bir hat genişliğine ve 385 nm'lik bir dalga boyuna sahip bir lazer yayabilir ve bu, dünyanın en küçük lazeri ve nanoteknoloji kullanılarak üretilen ilk pratik cihazlardan biri olarak kabul edilir. Geliştirmenin ilk aşamasında, araştırmacılar bu ZnO nanolazerinin üretiminin kolay, yüksek parlaklığa, küçük boyuta sahip olduğunu ve performansının GaN mavi lazerlere eşit veya hatta daha iyi olduğunu öngördüler. Yüksek yoğunluklu nanotel dizileri yapma yeteneği nedeniyle, ZnO nanolazerleri günümüzün GaAs cihazlarıyla mümkün olmayan birçok uygulamaya girebilir. Bu tür lazerleri büyütmek için, epitaksiyel kristal büyümesini katalize eden gaz taşıma yöntemi ile ZnO nanoteli sentezlenir. Öncelikle safir alt tabaka 1 nm ~ 3.5 nm kalınlığında altın film tabakası ile kaplanır ve daha sonra bir alümina teknesine konur, malzeme ve alt tabaka amonyak akışında 880 ° C ~ 905 ° C'ye kadar ısıtılarak Zn buharı üretilir ve daha sonra Zn buharı alt tabakaya taşınır. 2dk ~ 10dk büyüme sürecinde altıgen kesit alanına sahip 2μm ~ 10μm nanoteller üretildi. Araştırmacılar, ZnO nanotelinin 20nm ila 150nm çapında doğal bir lazer boşluğu oluşturduğunu ve çapının çoğunun (% 95'inin) 70nm ila 100nm olduğunu buldular. Nanotellerin uyarılmış emisyonunu incelemek için araştırmacılar numuneyi bir Nd:YAG lazerin (266nm dalga boyu, 3ns darbe genişliği) dördüncü harmonik çıkışına sahip bir serada optik olarak pompaladılar. Emisyon spektrumunun evrimi sırasında, ışık pompa gücünün artmasıyla birlikte lamlanır. Lazer, ZnO nanotelinin eşik değerini (yaklaşık 40kW/cm) aştığında, emisyon spektrumunda en yüksek nokta belirecektir. Bu en yüksek noktaların çizgi genişliği 0,3 nm'den azdır; bu, eşik değerinin altındaki emisyon tepesinden gelen çizgi genişliğinden 1/50'den daha azdır. Bu dar çizgi genişlikleri ve emisyon yoğunluğundaki hızlı artışlar, araştırmacıları uyarılmış emisyonun gerçekten bu nanotellerde meydana geldiği sonucuna götürmüştür. Bu nedenle, bu nanotel dizisi doğal bir rezonatör gibi davranabilir ve böylece ideal bir mikro lazer kaynağı haline gelebilir. Araştırmacılar, bu kısa dalga boylu nanolazerin optik hesaplama, bilgi depolama ve nanoanalizör alanlarında kullanılabileceğine inanmaktadır.
3. Kuantum kuyu lazerleri
2010'dan önce ve sonra, yarı iletken çip üzerine kazınmış çizgi genişliği 100 nm veya daha aza ulaşacak ve devrede sadece birkaç elektron hareket edecek ve bir elektronun artışı ve azalışı devrenin çalışması üzerinde büyük bir etkiye sahip olacaktır. Bu sorunu çözmek için kuantum kuyusu lazerleri doğdu. Kuantum mekaniğinde, elektronların hareketini kısıtlayan ve onları kuantize eden bir potansiyel alana kuantum kuyusu denir. Bu kuantum kısıtlaması, yarı iletken lazerin aktif katmanında kuantum enerji seviyeleri oluşturmak için kullanılır, böylece enerji seviyeleri arasındaki elektronik geçiş, kuantum kuyusu lazeri olan lazerin uyarılmış radyasyonuna hakim olur. İki tür kuantum kuyusu lazeri vardır: kuantum çizgi lazerleri ve kuantum nokta lazerleri.
① Kuantum çizgi lazeri
Bilim insanları, geleneksel lazerlerden 1.000 kat daha güçlü kuantum tel lazerleri geliştirerek daha hızlı bilgisayarlar ve iletişim cihazları yaratma yolunda büyük bir adım attılar. Fiber optik ağlar üzerinden ses, video, İnternet ve diğer iletişim biçimlerinin hızını artırabilen lazer, Yale Üniversitesi, New Jersey'deki Lucent Technologies Bell LABS ve Almanya, Dresden'deki Max Planck Fizik Enstitüsü'ndeki bilim insanları tarafından geliştirildi. Bu daha yüksek güçlü lazerler, iletişim hattı boyunca her 80 km'de (50 mil) bir kurulan ve yine fiber boyunca ilerlerken daha az yoğun lazer darbeleri üreten pahalı Tekrarlayıcılara olan ihtiyacı azaltacaktır (Tekrarlayıcılar).
Gönderi zamanı: 15-Haz-2023