Nanolaser, rezonatör olarak nanotel gibi nanomalzemelerden yapılmış ve fotouyarılma veya elektriksel uyarılma altında lazer yayabilen bir tür mikro ve nano cihazdır. Bu lazerin boyutu genellikle yalnızca yüzlerce mikron, hatta onlarca mikrondur ve çap, geleceğin ince film ekranının, entegre optiklerin ve diğer alanların önemli bir parçası olan nanometre mertebesine kadardır.
Nanolazerin sınıflandırılması:
1. Nanotel lazer
2001 yılında Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Berkeley Kaliforniya Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, insan saçı uzunluğunun yalnızca binde biri kadar olan nanooptik tel üzerinde dünyanın en küçük lazerini (nanolazerler) yarattılar. Bu lazer yalnızca ultraviyole lazerler yaymakla kalmıyor, aynı zamanda maviden derin ultraviyoleye kadar değişen lazerler yayacak şekilde de ayarlanabiliyor. Araştırmacılar, saf çinko oksit kristallerinden lazer oluşturmak için yönlendirilmiş epifitasyon adı verilen standart bir teknik kullandılar. İlk önce nanotelleri, yani 20 nm ila 150 nm çapında ve 10.000 nm uzunluğunda saf çinko oksit tellerinden oluşan bir altın katman üzerinde oluşturdular. Daha sonra araştırmacılar nanotellerdeki saf çinko oksit kristallerini sera altında başka bir lazerle aktive ettiğinde, saf çinko oksit kristalleri yalnızca 17 nm dalga boyunda bir lazer yaydı. Bu tür nanolazerler sonunda kimyasalları tanımlamak ve bilgisayar disklerinin ve fotonik bilgisayarların bilgi depolama kapasitesini geliştirmek için kullanılabilir.
2. Ultraviyole nanolazer
Mikro lazerlerin, mikro disk lazerlerin, mikro halka lazerlerin ve kuantum çığ lazerlerinin ortaya çıkmasının ardından Berkeley'deki California Üniversitesi'nden kimyager Yang Peidong ve meslektaşları oda sıcaklığında nanolazerler yaptılar. Bu çinko oksit nanolazer, ışık uyarımı altında çizgi genişliği 0,3 nm'den az ve dalga boyu 385 nm olan 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 olduğunu, yüksek parlaklığa sahip olduğunu, küçük boyutlu olduğunu ve performansının GaN mavi lazerlere eşit veya hatta onlardan daha iyi olduğunu tahmin etti. Yüksek yoğunluklu nanotel dizileri oluşturabilme yeteneğinden dolayı ZnO nanolazerleri, günümüzün GaAs cihazlarıyla mümkün olmayan birçok uygulamaya girebilmektedir. Bu tür lazerleri büyütmek için ZnO nanotel, epitaksiyel kristal büyümesini katalize eden gaz taşıma yöntemiyle sentezlenir. İlk olarak, safir substrat 1 nm~3.5nm kalınlığında bir altın film tabakası ile kaplanır ve daha sonra bir alümina tekneye konur, malzeme ve substrat amonyak akışında 880 ° C ~ 905 ° C'ye ısıtılarak üretmek için Zn buharı ve ardından Zn buharı alt tabakaya taşınır. 2 dakika ~ 10 dakika süren büyüme sürecinde altıgen kesit alanına sahip 2μm~10μm nanoteller üretildi. Araştırmacılar ZnO nanotelinin çapı 20 nm ila 150 nm arasında doğal bir lazer boşluğu oluşturduğunu ve çapının çoğunun (%95) 70 nm ila 100 nm arasında olduğunu buldu. Nanotellerin uyarılmış emisyonunu incelemek için araştırmacılar, numuneyi bir seraya Nd:YAG lazerin dördüncü harmonik çıkışıyla (266 nm dalga boyu, 3ns darbe genişliği) optik olarak pompaladılar. Emisyon spektrumunun gelişimi sırasında, pompa gücünün artmasıyla ışık söner. Lazer, ZnO nanotelin eşiğini (yaklaşık 40kW/cm) aştığında, emisyon spektrumunda en yüksek nokta görünecektir. Bu en yüksek noktaların çizgi genişliği 0,3 nm'den azdır; bu, eşiğin altındaki emisyon tepe noktasından gelen çizgi genişliğinden 1/50 daha azdır. Bu dar çizgi genişlikleri ve emisyon yoğunluğundaki hızlı artışlar, araştırmacıları uyarılmış emisyonun gerçekten de bu nanotellerde meydana geldiği sonucuna varmasına yol açtı. Bu nedenle, bu nanotel dizisi doğal bir rezonatör görevi görebilir ve dolayısıyla ideal bir mikro lazer kaynağı haline gelebilir. Araştırmacılar bu kısa dalga boylu nanolazerin optik hesaplama, bilgi depolama ve nanoanalizör alanlarında kullanılabileceğine inanıyor.
3. Kuantum kuyusu lazerleri
2010 yılı öncesinde ve sonrasında yarı iletken çip üzerine kazınan çizgi genişliği 100 nm veya daha azına ulaşacak, devrede yalnızca birkaç elektron hareket edecek ve bir elektronun artması ve azalması sistemin işleyişini büyük ölçüde etkileyecektir. devre. Bu sorunu çözmek için kuantum kuyusu lazerleri doğdu. Kuantum mekaniğinde elektronların hareketini kısıtlayan ve onları kuantize eden potansiyel alana kuantum kuyusu denir. Bu kuantum kısıtlaması, yarı iletken lazerin aktif katmanında kuantum enerji seviyelerini oluşturmak için kullanılır, böylece enerji seviyeleri arasındaki elektronik geçiş, bir 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 1000 kat daha güçlü kuantum tel lazerler geliştirerek daha hızlı bilgisayarlar ve iletişim cihazları yaratma yolunda büyük bir adım attılar. Fiber optik ağlar üzerinden ses, video, internet ve diğer iletişim biçimlerinin hızını artırabilen lazer, Yale Üniversitesi, New Jersey'deki Lucent Technologies Bell LABS ve Dresden'deki Max Planck Fizik Enstitüsü'ndeki bilim insanları tarafından geliştirildi. Almanya. Bu yüksek güçlü lazerler, iletişim hattı boyunca her 80 km'de (50 mil) bir kurulan pahalı Tekrarlayıcılara olan ihtiyacı azaltacak ve yine fiber boyunca ilerledikçe daha az yoğun lazer darbeleri (Tekrarlayıcılar) üretecektir.
Gönderim zamanı: Haziran-15-2023