مفهوم و طبقه بندی نانولازرها

نانولازر نوعی دستگاه میکرو و نانو است که از نانومواد مانند نانوسیم به عنوان یک تشدید کننده ساخته شده است و می تواند لیزر را در زیر عکس یا تحریک الکتریکی ساطع کند. اندازه این لیزر اغلب فقط صدها میکرون یا حتی ده ها میکرون است و قطر آن به ترتیب نانومتر است که بخش مهمی از نمایش فیلم نازک آینده ، اپتیک یکپارچه و سایر زمینه ها است.

طبقه بندی نانولازر:

1 لیزر نانوسیم

در سال 2001 ، محققان دانشگاه کالیفرنیا ، برکلی ، در ایالات متحده ، کوچکترین لیزر جهان-نانولازرها-را بر روی سیم نانوپتیک فقط یک هزارم طول موهای انسانی ایجاد کردند. این لیزر نه تنها لیزرهای ماوراء بنفش را منتشر می کند ، بلکه می تواند برای انتشار لیزرها از آبی تا ماوراء بنفش عمیق تنظیم شود. محققان برای ایجاد لیزر از کریستال های اکسید روی خالص از یک تکنیک استاندارد به نام اپی فیتاسیون گرا استفاده کردند. آنها ابتدا نانوسیمهای "کشت" ، یعنی روی یک لایه طلا با قطر 20 نانومتری تا 150 نانومتر و طول 10،000 نانومتر سیم اکسید روی خالص تشکیل شده اند. سپس ، هنگامی که محققان کریستال های اکسید روی خالص را در نانوسیم ها با لیزر دیگری در زیر گلخانه فعال کردند ، کریستال های اکسید روی خالص یک لیزر با طول موج تنها 17 نانومتر ساطع می کردند. در نهایت می توان از چنین نانولازرها برای شناسایی مواد شیمیایی و بهبود ظرفیت ذخیره اطلاعات دیسک های رایانه ای و رایانه های فوتونیک استفاده کرد.

2. نانولازر ماوراء بنفش

پس از ظهور میکرو لیزرها ، لیزرهای میکرو دیسک ، لیزرهای میکرو حلقه ای و لیزرهای بهمن کوانتومی ، شیمیدان یانگ پییدونگ و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا ، برکلی ، نانولازرهای دمای اتاق را ساختند. این نانولازر اکسید روی می تواند یک لیزر را با پهنای خط کمتر از 0.3 نانومتر و طول موج 385 نانومتر تحت تحریک نور ساطع کند ، که به عنوان کوچکترین لیزر در جهان و یکی از اولین دستگاه های عملی تولید شده با استفاده از فناوری نانو در نظر گرفته می شود. در مرحله اولیه توسعه ، محققان پیش بینی کردند که این نانولازر ZnO به راحتی تولید ، روشنایی بالا ، اندازه کوچک است و عملکرد برابر یا حتی بهتر از لیزرهای GAN آبی است. به دلیل توانایی ساخت آرایه های نانوسیم با چگالی بالا ، نانولازرهای ZnO می توانند برنامه های بسیاری را وارد کنند که با دستگاه های GAAS امروزی امکان پذیر نیست. به منظور رشد چنین لیزر ، نانوسیم ZnO با روش حمل و نقل گاز سنتز می شود که رشد کریستال اپیتاکسیال را کاتالیز می کند. ابتدا بستر یاقوت کبود با یک لایه از فیلم طلای ضخامت 1 نانومتر ~ 3.5 نانومتری پوشانده شده است ، و سپس آن را روی یک قایق آلومینا قرار می دهد ، مواد و بستر در جریان آمونیاک به 880 درجه سانتیگراد ~ 905 درجه سانتیگراد گرم می شوند تا بخار روی تولید کنند و سپس بخار Zn به زیر زیردر منتقل می شود. نانوسیمهای 2μm 10 میکرومتر با سطح مقطع شش ضلعی در فرآیند رشد 2min ~ 10min تولید شد. محققان دریافتند که نانوسیم ZnO یک حفره لیزر طبیعی با قطر 20 نانومتری تا 150 نانومتر تشکیل می دهد و بیشتر (95 ٪) قطر آن 70 نانومتر تا 100 نانومتر است. برای مطالعه انتشار انتشار نانوسیم ها ، محققان به صورت نوری نمونه را در گلخانه با چهارمین خروجی هارمونیک یک لیزر ND: YAG (طول موج 266nm ، عرض پالس 3NS) پمپ کردند. در طی تکامل طیف انتشار ، نور با افزایش قدرت پمپ تابش می شود. هنگامی که لیزینگ از آستانه نانوسیم ZnO (حدود 40 کیلو وات در سانتی متر) فراتر رود ، بالاترین نقطه در طیف انتشار ظاهر می شود. عرض خط این بالاترین نقاط کمتر از 0.3 نانومتر است که بیش از 1/50 کمتر از عرض خط از راس انتشار در زیر آستانه است. این خطوط باریک و افزایش سریع در شدت انتشار باعث شد تا محققان نتیجه بگیرند که انتشار تحریک شده در واقع در این نانوسیم ها رخ می دهد. بنابراین ، این آرایه نانوسیم می تواند به عنوان یک طنین انداز طبیعی عمل کند و در نتیجه به یک منبع لیزر میکرو ایده آل تبدیل شود. محققان معتقدند که این نانولازر با طول موج کوتاه می تواند در زمینه های محاسبات نوری ، ذخیره اطلاعات و نانوالیزر استفاده شود.

3 لیزر چاه کوانتومی

قبل و بعد از سال 2010 ، عرض خط بر روی تراشه نیمه هادی به 100 نانومتر یا کمتر می رسد ، و فقط چند الکترون در مدار حرکت می کنند و افزایش و کاهش یک الکترون تأثیر زیادی در عملکرد مدار خواهد داشت. برای حل این مشکل ، لیزرهای چاه کوانتومی متولد شدند. در مکانیک کوانتومی ، یک میدان بالقوه که حرکت الکترون ها را محدود می کند و آنها را کمیت می کند ، یک چاه کوانتومی نامیده می شود. این محدودیت کوانتومی برای تشکیل سطح انرژی کوانتومی در لایه فعال لیزر نیمه هادی استفاده می شود ، به طوری که انتقال الکترونیکی بین سطح انرژی حاکم بر تابش هیجان زده لیزر است که یک لیزر چاه کوانتومی است. دو نوع لیزر چاه کوانتومی وجود دارد: لیزر خط کوانتومی و لیزرهای کوانتومی نقطه.

① لیزر خط کوانتومی

دانشمندان لیزرهای سیم کوانتومی ایجاد کرده اند که 1000 برابر قدرتمندتر از لیزرهای سنتی هستند و گامی بزرگ در جهت ایجاد رایانه های سریعتر و دستگاه های ارتباطی برداشته اند. این لیزر که می تواند سرعت صدا ، فیلم ، اینترنت و سایر اشکال ارتباطات را از طریق شبکه های فیبر نوری افزایش دهد ، توسط دانشمندان در دانشگاه ییل ، ​​آزمایشگاه های Lucent Technologies Bell در نیوجرسی و موسسه فیزیک ماکس پلانک در درسدن آلمان ساخته شده است. این لیزرهای با قدرت بالاتر نیاز به تکرار کننده های گران قیمت را که هر 80 کیلومتری (50 مایل) در امتداد خط ارتباطی نصب می شود ، کاهش می دهد و مجدداً پالس های لیزری تولید می کنند که از طریق فیبر (تکرار کننده ها) شدیدتر هستند.