Mae Nanolaser yn fath o ddyfais micro a nano sy'n cael ei wneud o nanomaterials fel nanowire fel cyseinydd a gall allyrru laser o dan ffotoexcitation neu gyffro trydanol. Yn aml, dim ond cannoedd o ficronau neu hyd yn oed ddegau o ficronau yw maint y laser hwn, ac mae'r diamedr hyd at y gorchymyn nanomedr, sy'n rhan bwysig o'r arddangosfa ffilm denau yn y dyfodol, opteg integredig a meysydd eraill.
Dosbarthiad nanolaser:
1. Nanowire laser
Yn 2001, creodd ymchwilwyr ym Mhrifysgol California, Berkeley, yn yr Unol Daleithiau, y laser lleiaf yn y byd - nanolasers - ar y wifren nanooptig dim ond un filfed o hyd gwallt dynol. Mae'r laser hwn nid yn unig yn allyrru laserau uwchfioled, ond gellir ei diwnio hefyd i allyrru laserau sy'n amrywio o las i uwchfioled dwfn. Defnyddiodd yr ymchwilwyr dechneg safonol o'r enw epiffytation oriented i greu'r laser o grisialau sinc ocsid pur. Fe wnaethon nhw nanowires “diwylliedig” gyntaf, hynny yw, wedi'u ffurfio ar haen aur gyda diamedr o 20nm i 150nm a hyd o wifrau sinc ocsid pur 10,000 nm. Yna, pan wnaeth yr ymchwilwyr actifadu'r crisialau ocsid sinc pur yn y nanowires gyda laser arall o dan y tŷ gwydr, roedd y crisialau ocsid sinc pur yn allyrru laser â thonfedd o 17nm yn unig. Yn y pen draw, gellid defnyddio nanolasers o'r fath i nodi cemegau a gwella cynhwysedd storio gwybodaeth disgiau cyfrifiadurol a chyfrifiaduron ffotonig.
2. nanolaser uwchfioled
Yn dilyn dyfodiad micro-laserau, laserau micro-ddisg, laserau micro-gylch, a laserau eirlithriadau cwantwm, gwnaeth y fferyllydd Yang Peidong a'i gydweithwyr ym Mhrifysgol California, Berkeley, nanolasers tymheredd ystafell. Gall y nanolaser sinc ocsid hwn allyrru laser â linewidth o lai na 0.3nm a thonfedd o 385nm o dan gyffro golau, a ystyrir fel y laser lleiaf yn y byd ac un o'r dyfeisiau ymarferol cyntaf a weithgynhyrchir gan ddefnyddio nanotechnoleg. Yn y cam datblygu cychwynnol, rhagwelodd yr ymchwilwyr fod y nanolaser ZnO hwn yn hawdd i'w weithgynhyrchu, disgleirdeb uchel, maint bach, ac mae'r perfformiad yn hafal i neu hyd yn oed yn well na lasers glas GaN. Oherwydd y gallu i wneud araeau nanowire dwysedd uchel, gall nanolasers ZnO fynd i mewn i lawer o gymwysiadau nad ydynt yn bosibl gyda dyfeisiau GaAs heddiw. Er mwyn tyfu laserau o'r fath, mae nanowire ZnO yn cael ei syntheseiddio trwy ddull cludo nwy sy'n cataleiddio twf grisial epitaxial. Yn gyntaf, mae'r swbstrad saffir wedi'i orchuddio â haen o ffilm aur 1 nm ~ 3.5nm o drwch, ac yna ei roi ar gwch alwmina, mae'r deunydd a'r swbstrad yn cael eu cynhesu i 880 ° C ~ 905 ° C yn y llif amonia i gynhyrchu Zn stêm, ac yna mae'r stêm Zn yn cael ei gludo i'r swbstrad. Cynhyrchwyd nanowires o 2μm ~ 10μm gydag arwynebedd trawsdoriadol hecsagonol yn y broses dwf o 2 munud ~ 10 munud. Canfu'r ymchwilwyr fod ZnO nanowire yn ffurfio ceudod laser naturiol gyda diamedr o 20nm i 150nm, ac mae'r rhan fwyaf (95%) o'i ddiamedr yn 70nm i 100nm. Er mwyn astudio allyriadau ysgogol o'r nanowires, pwmpiodd yr ymchwilwyr y sampl yn optegol mewn tŷ gwydr gyda phedwerydd allbwn harmonig laser Nd:YAG (tonfedd 266nm, lled pwls 3ns). Yn ystod esblygiad y sbectrwm allyriadau, mae'r golau yn cael ei gloffio gyda chynnydd y pŵer pwmp. Pan fydd y laser yn fwy na throthwy ZnO nanowire (tua 40kW / cm), bydd y pwynt uchaf yn ymddangos yn y sbectrwm allyriadau. Mae lled llinell y pwyntiau uchaf hyn yn llai na 0.3nm, sy'n fwy na 1/50 yn llai na lled y llinell o'r fertig allyriadau o dan y trothwy. Arweiniodd y newidiadau llinell cul hyn a'r cynnydd cyflym mewn dwyster allyriadau i'r ymchwilwyr ddod i'r casgliad bod allyriadau ysgogol yn wir yn digwydd yn y nanowires hyn. Felly, gall yr arae nanowire hwn weithredu fel cyseinydd naturiol a thrwy hynny ddod yn ffynhonnell micro laser delfrydol. Mae'r ymchwilwyr yn credu y gellir defnyddio'r nanolaser tonfedd fer hwn ym meysydd cyfrifiadura optegol, storio gwybodaeth a nano-ddadansoddwr.
3. laserau ffynnon cwantwm
Cyn ac ar ôl 2010, bydd lled y llinell sydd wedi'i ysgythru ar y sglodion lled-ddargludyddion yn cyrraedd 100nm neu lai, a dim ond ychydig o electronau fydd yn symud yn y gylched, a bydd cynnydd a gostyngiad electron yn cael effaith fawr ar weithrediad y cylched. I ddatrys y broblem hon, ganwyd laserau ffynnon cwantwm. Mewn mecaneg cwantwm, gelwir maes potensial sy'n cyfyngu ar fudiant electronau ac yn eu meintioli yn ffynnon cwantwm. Defnyddir y cyfyngiad cwantwm hwn i ffurfio lefelau egni cwantwm yn haen weithredol y laser lled-ddargludyddion, fel bod y trawsnewidiad electronig rhwng y lefelau egni yn dominyddu ymbelydredd cynhyrfus y laser, sef laser ffynnon cwantwm. Mae dau fath o laserau ffynnon cwantwm: laserau llinell cwantwm a laserau dotiau cwantwm.
① Quantum llinell laser
Mae gwyddonwyr wedi datblygu laserau gwifren cwantwm sydd 1,000 gwaith yn fwy pwerus na laserau traddodiadol, gan gymryd cam mawr tuag at greu cyfrifiaduron cyflymach a dyfeisiau cyfathrebu. Datblygwyd y laser, a all gynyddu cyflymder sain, fideo, Rhyngrwyd a mathau eraill o gyfathrebu dros rwydweithiau ffibr-optig, gan wyddonwyr ym Mhrifysgol Iâl, Lucent Technologies Bell LABS yn New Jersey a Sefydliad Ffiseg Max Planck yn Dresden, Almaen. Byddai'r laserau pŵer uwch hyn yn lleihau'r angen am Ailadroddwyr drud, sy'n cael eu gosod bob 80km (50 milltir) ar hyd y llinell gyfathrebu, eto'n cynhyrchu corbys laser sy'n llai dwys wrth iddynt deithio trwy'r ffibr (Ailadroddwyr).
Amser postio: Mehefin-15-2023