Nanolazer, rezonatör olarak nanotel gibi nanomalzemelerden üretilen ve foto-uyarılma veya elektriksel uyarılma altında lazer yayabilen bir tür mikro ve nano cihazdır. Bu lazerin boyutu genellikle sadece yüzlerce hatta onlarca mikrondur ve çapı nanometre mertebesindedir; bu da geleceğin ince film görüntüleme, entegre optik ve diğer alanlarının önemli bir parçasıdır.
Nanolazerin sınıflandırılması:
1. Nanotel lazer
2001 yılında, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'deki araştırmacılar, insan saçının yalnızca binde biri uzunluğundaki nanooptik tel üzerinde dünyanın en küçük lazeri olan nanolazerleri ürettiler. Bu lazer yalnızca ultraviyole lazerler yaymakla kalmıyor, aynı zamanda maviden koyu ultraviyole'ye kadar değişen dalga boylarında lazerler yayacak şekilde de ayarlanabiliyor. Araştırmacılar, lazeri saf çinko oksit kristallerinden üretmek için yönlendirilmiş epifitasyon adı verilen standart bir teknik kullandılar. İlk olarak, çapı 20 nm ile 150 nm arasında ve uzunluğu 10.000 nm olan saf çinko oksit tellerden oluşan bir altın tabaka üzerinde nanotelleri "kültürlediler". Daha sonra, araştırmacılar nanotellerdeki saf çinko oksit kristallerini sera altında başka bir lazerle aktive ettiklerinde, saf çinko oksit kristalleri yalnızca 17 nm dalga boyunda bir lazer yaydı. Bu tür nanolazerler, kimyasalları tanımlamak ve bilgisayar diskleri ile 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 nanolazer, ışık uyarımı altında 0,3 nm'den daha küçük bir çizgi genişliğine ve 385 nm'lik bir dalga boyuna sahip bir lazer yayabilir; 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 alüminyum tekneye yerleştirilir, malzeme ve alt tabaka amonyak akışında 880 ° C ~ 905 ° C'ye ısıtılarak Zn buharı üretilir ve ardından Zn buharı alt tabakaya taşınır. 2 dakika ~ 10 dakika süren büyüme sürecinde 2 μm ~ 10 μm boyutlarında, altıgen kesit alanına sahip nanoteller üretildi. Araştırmacılar, ZnO nanotelinin 20 nm ila 150 nm çapında doğal bir lazer boşluğu oluşturduğunu ve çapının çoğunun (% 95'i) 70 nm ila 100 nm olduğunu buldular. Nanotellerin uyarılmış emisyonunu incelemek için araştırmacılar, numuneyi bir Nd: YAG lazerin (266 nm dalga boyu, 3 ns darbe genişliği) dördüncü harmonik çıkışına sahip bir serada optik olarak pompaladılar. Emisyon spektrumunun evrimi sırasında, ışık pompa gücünün artmasıyla birlikte sönümlenir. Lazer, ZnO nanotelinin eşik değerini (yaklaşık 40 kW/cm) aştığında, emisyon spektrumundaki en yüksek nokta belirir. Bu en yüksek noktaların çizgi genişliği 0,3 nm'den küçüktür; bu, eşik değerinin altındaki emisyon tepesinden itibaren çizgi genişliğinden 1/50'den daha azdır. Bu dar çizgi genişlikleri ve emisyon yoğunluğundaki hızlı artışlar, araştırmacıları bu nanotellerde uyarılmış emisyonun gerçekten meydana geldiği sonucuna götürmüştür. Dolayısıyla, bu nanotel dizisi doğal bir rezonatör görevi görebilir 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 öncesi ve sonrasında, yarı iletken çip üzerine kazınacak çizgi genişliği 100 nm veya daha azına ulaşacak ve devrede yalnızca birkaç elektron hareket edecek ve bir elektronun artış ve azalışı devrenin çalışması üzerinde büyük bir etkiye sahip olacaktır. Bu sorunu çözmek için kuantum kuyulu lazerler ortaya çıkmıştır. 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, lazerin uyarılmış radyasyonuna, yani bir kuantum kuyusu lazerine hakim olur. İki tür kuantum kuyulu lazer 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, internet ve diğer iletişim türlerinin 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 bir kurulan pahalı Tekrarlayıcılara olan ihtiyacı azaltacak ve fiber boyunca ilerlerken daha az yoğun lazer darbeleri üretecek (Tekrarlayıcılar).
Gönderi zamanı: 15 Haz 2023