نانولیزر نوعی دستگاه میکرو و نانو است که از نانوموادی مانند نانوسیم به عنوان تشدیدگر ساخته شده و می‌تواند تحت تحریک نوری یا تحریک الکتریکی، لیزر ساطع کند. اندازه این لیزر اغلب تنها صدها میکرون یا حتی ده‌ها میکرون است و قطر آن تا مرتبه نانومتر است که بخش مهمی از نمایشگرهای فیلم نازک آینده، اپتیک یکپارچه و سایر زمینه‌ها خواهد بود.
طبقه بندی نانولیزر:
۱. لیزر نانوسیمی
در سال ۲۰۰۱، محققان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، در ایالات متحده، کوچکترین لیزر جهان - نانولیزرها - را روی سیم نانواپتیکی که تنها یک هزارم طول موی انسان است، ساختند. این لیزر نه تنها لیزرهای فرابنفش ساطع می‌کند، بلکه می‌تواند برای انتشار لیزرهایی از آبی تا فرابنفش عمیق نیز تنظیم شود. محققان از یک تکنیک استاندارد به نام اپیفیتاسیون جهت‌دار برای ایجاد لیزر از کریستال‌های اکسید روی خالص استفاده کردند. آنها ابتدا نانوسیم‌ها را "کشت" دادند، یعنی روی یک لایه طلا با قطر ۲۰ تا ۱۵۰ نانومتر و طول ۱۰۰۰۰ نانومتر سیم‌های اکسید روی خالص تشکیل دادند. سپس، هنگامی که محققان کریستال‌های اکسید روی خالص را در نانوسیم‌ها با لیزر دیگری در زیر گلخانه فعال کردند، کریستال‌های اکسید روی خالص، لیزری با طول موج تنها ۱۷ نانومتر ساطع کردند. چنین نانولیزرهایی در نهایت می‌توانند برای شناسایی مواد شیمیایی و بهبود ظرفیت ذخیره‌سازی اطلاعات دیسک‌های کامپیوتر و کامپیوترهای فوتونی مورد استفاده قرار گیرند.
۲. نانولیزر فرابنفش
پس از ظهور میکرولیزرها، لیزرهای میکرودیسک، لیزرهای میکروحلقه و لیزرهای بهمن کوانتومی، شیمیدان یانگ پیدونگ و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، نانولیزرهایی در دمای اتاق ساختند. این نانولیزر اکسید روی می‌تواند لیزری با پهنای خط کمتر از 0.3 نانومتر و طول موج 385 نانومتر را تحت تحریک نور ساطع کند که کوچکترین لیزر در جهان و یکی از اولین دستگاه‌های کاربردی تولید شده با استفاده از فناوری نانو محسوب می‌شود. در مرحله اولیه توسعه، محققان پیش‌بینی کردند که این نانولیزر ZnO به راحتی تولید می‌شود، روشنایی بالایی دارد، اندازه کوچکی دارد و عملکرد آن برابر یا حتی بهتر از لیزرهای آبی GaN است. به دلیل توانایی ساخت آرایه‌های نانوسیم با چگالی بالا، نانولیزرهای ZnO می‌توانند در بسیاری از کاربردهایی که با دستگاه‌های GaAs امروزی امکان‌پذیر نیست، وارد شوند. برای رشد چنین لیزرهایی، نانوسیم ZnO با روش انتقال گاز سنتز می‌شود که رشد کریستال اپیتاکسیال را کاتالیز می‌کند. ابتدا، زیرلایه یاقوت کبود با لایه‌ای از فیلم طلای ۱ نانومتر تا ۳.۵ نانومتر پوشش داده می‌شود و سپس آن را روی یک قایق آلومینا قرار می‌دهند، ماده و زیرلایه در جریان آمونیاک تا دمای ۸۸۰ تا ۹۰۵ درجه سانتیگراد گرم می‌شوند تا بخار روی تولید شود و سپس بخار روی به زیرلایه منتقل می‌شود. نانوسیم‌هایی با ابعاد ۲ میکرومتر تا ۱۰ میکرومتر با سطح مقطع شش ضلعی در فرآیند رشد ۲ دقیقه تا ۱۰ دقیقه تولید شدند. محققان دریافتند که نانوسیم ZnO یک حفره لیزر طبیعی با قطر ۲۰ نانومتر تا ۱۵۰ نانومتر تشکیل می‌دهد و بیشتر (۹۵٪) قطر آن ۷۰ تا ۱۰۰ نانومتر است. برای مطالعه انتشار القایی نانوسیم‌ها، محققان نمونه را در گلخانه‌ای با خروجی هارمونیک چهارم لیزر Nd:YAG (طول موج ۲۶۶ نانومتر، پهنای پالس ۳ نانوثانیه) به صورت نوری پمپ کردند. در طول تکامل طیف انتشار، نور با افزایش توان پمپ، لمینت می‌شود. وقتی لیزر از آستانه نانوسیم ZnO (حدود 40 کیلووات بر سانتی‌متر مربع) فراتر رود، بالاترین نقطه در طیف نشری ظاهر می‌شود. پهنای خط این بالاترین نقاط کمتر از 0.3 نانومتر است که بیش از 1/50 کمتر از پهنای خط از رأس نشر زیر آستانه است. این پهنای خطوط باریک و افزایش سریع شدت نشر، محققان را به این نتیجه رساند که نشر القایی در واقع در این نانوسیم‌ها رخ می‌دهد. بنابراین، این آرایه نانوسیم می‌تواند به عنوان یک تشدیدگر طبیعی عمل کند و در نتیجه به یک منبع میکرولیزر ایده‌آل تبدیل شود. محققان معتقدند که این نانولیزر با طول موج کوتاه می‌تواند در زمینه‌های محاسبات نوری، ذخیره‌سازی اطلاعات و نانوآنالیزور مورد استفاده قرار گیرد.
۳. لیزرهای چاه کوانتومی
قبل و بعد از سال ۲۰۱۰، پهنای خط حک شده روی تراشه نیمه‌هادی به ۱۰۰ نانومتر یا کمتر خواهد رسید و تنها تعداد کمی الکترون در مدار حرکت خواهند کرد و افزایش و کاهش یک الکترون تأثیر زیادی بر عملکرد مدار خواهد داشت. برای حل این مشکل، لیزرهای چاه کوانتومی متولد شدند. در مکانیک کوانتومی، یک میدان پتانسیل که حرکت الکترون‌ها را محدود کرده و آنها را کوانتیزه می‌کند، چاه کوانتومی نامیده می‌شود. این محدودیت کوانتومی برای تشکیل سطوح انرژی کوانتومی در لایه فعال لیزر نیمه‌هادی استفاده می‌شود، به طوری که گذار الکترونیکی بین سطوح انرژی بر تابش برانگیخته لیزر، که یک لیزر چاه کوانتومی است، غالب می‌شود. دو نوع لیزر چاه کوانتومی وجود دارد: لیزرهای خط کوانتومی و لیزرهای نقطه کوانتومی.
① لیزر خطی کوانتومی
دانشمندان لیزرهای سیم کوانتومی را توسعه داده‌اند که ۱۰۰۰ برابر قدرتمندتر از لیزرهای سنتی هستند و گامی بزرگ به سوی ساخت رایانه‌ها و دستگاه‌های ارتباطی سریع‌تر برداشته‌اند. این لیزر که می‌تواند سرعت صدا، تصویر، اینترنت و سایر اشکال ارتباط را از طریق شبکه‌های فیبر نوری افزایش دهد، توسط دانشمندان دانشگاه ییل، Lucent Technologies Bell LABS در نیوجرسی و موسسه فیزیک ماکس پلانک در درسدن، آلمان ساخته شده است. این لیزرهای پرقدرت، نیاز به تکرارکننده‌های گران‌قیمت را که هر ۸۰ کیلومتر (۵۰ مایل) در امتداد خط ارتباطی نصب می‌شوند، کاهش می‌دهند و دوباره پالس‌های لیزری تولید می‌کنند که هنگام عبور از فیبر (تکرارکننده‌ها) شدت کمتری دارند.
زمان ارسال: ۱۵ ژوئن ۲۰۲۳