Mae nanolaser yn fath o ddyfais micro a nano sydd wedi'i gwneud o nanoddeunyddiau fel nanowire fel atseinyddion a gall allyrru laser o dan ffotogyffro neu gyffro trydanol. Yn aml dim ond cannoedd o ficron neu hyd yn oed ddegau o ficron yw maint y laser hwn, ac mae'r diamedr hyd at y drefn nanometr, sy'n rhan bwysig o arddangosfa ffilm denau'r dyfodol, opteg integredig a meysydd eraill.
Dosbarthiad nanolaser:
1. Laser nanowire
Yn 2001, creodd ymchwilwyr ym Mhrifysgol California, Berkeley, yn yr Unol Daleithiau, y laser lleiaf yn y byd – nanolasers – ar y wifren nanooptig sydd ond yn filfed ran o hyd gwallt dynol. Nid yn unig y mae'r laser hwn yn allyrru laserau uwchfioled, ond gellir ei diwnio hefyd i allyrru laserau yn amrywio o las i uwchfioled dwfn. Defnyddiodd yr ymchwilwyr dechneg safonol o'r enw epiffytiad cyfeiriedig i greu'r laser o grisialau sinc ocsid pur. Yn gyntaf, fe wnaethant "ddiwyllio" nanowifrau, 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 actifadodd yr ymchwilwyr y crisialau sinc ocsid pur yn y nanowifrau gyda laser arall o dan y tŷ gwydr, allyrrodd y crisialau sinc ocsid pur laser gyda thonfedd o ddim ond 17nm. Gellid defnyddio nanolasers o'r fath yn y pen draw i adnabod cemegau a gwella capasiti storio gwybodaeth disgiau cyfrifiadurol a chyfrifiaduron ffotonig.
2. Nanolaser uwchfioled
Yn dilyn dyfodiad micro-laserau, laserau micro-ddisg, laserau micro-gylch, a laserau eirlithriad cwantwm, gwnaeth y cemegydd Yang Peidong a'i gydweithwyr ym Mhrifysgol California, Berkeley, nanolaserau tymheredd ystafell. Gall y nanolaser sinc ocsid hwn allyrru laser gyda lled llinell o lai na 0.3nm a thonfedd o 385nm o dan gyffroi golau, a ystyrir fel y laser lleiaf yn y byd ac un o'r dyfeisiau ymarferol cyntaf a weithgynhyrchwyd gan ddefnyddio nanotechnoleg. Yng nghyfnod cychwynnol y datblygiad, rhagwelodd yr ymchwilwyr fod y nanolaser ZnO hwn yn hawdd i'w gynhyrchu, disgleirdeb uchel, maint bach, a bod y perfformiad yn hafal i neu hyd yn oed yn well na laserau glas GaN. Oherwydd y gallu i wneud araeau nanowire dwysedd uchel, gall nanolaserau 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 crisial epitacsial. Yn gyntaf, mae'r swbstrad saffir wedi'i orchuddio â haen o ffilm aur 1 nm ~ 3.5nm o drwch, ac yna'i 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 stêm Zn, ac yna mae'r stêm Zn yn cael ei gludo i'r swbstrad. Cynhyrchwyd nanowifrau o 2μm ~ 10μm gydag arwynebedd trawsdoriadol hecsagonol yn y broses dyfu o 2 funud ~ 10 munud. Canfu'r ymchwilwyr fod nanowifren ZnO yn ffurfio ceudod laser naturiol gyda diamedr o 20nm i 150nm, a'r rhan fwyaf (95%) o'i diamedr yw 70nm i 100nm. I astudio allyriadau ysgogedig y nanowifrau, pwmpiodd yr ymchwilwyr y sampl yn optegol mewn tŷ gwydr gyda'r allbwn pedwerydd harmonig o laser Nd:YAG (tonfedd 266nm, lled pwls 3ns). Yn ystod esblygiad y sbectrwm allyriadau, mae'r golau'n cael ei lamu gyda chynnydd pŵer y pwmp. Pan fydd y laser yn fwy na throthwy nanowifren ZnO (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, sydd fwy nag 1/50 yn llai na lled y llinell o fertig yr allyriadau islaw'r trothwy. Arweiniodd y lledau llinell cul hyn a'r cynnydd cyflym mewn dwyster allyriadau yr ymchwilwyr i'r casgliad bod allyriadau ysgogedig yn digwydd yn y nanowifrau hyn. Felly, gall y rhes nanowifrau hon weithredu fel atseinydd naturiol ac felly dod yn ffynhonnell microlaser delfrydol. Mae'r ymchwilwyr yn credu y gellir defnyddio'r nanolaser tonfedd fer hwn ym meysydd cyfrifiadura optegol, storio gwybodaeth a nanodansoddwr.
3. Laserau ffynnon cwantwm
Cyn ac ar ôl 2010, byddai lled y llinell a ysgythrwyd 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 gylched. I ddatrys y broblem hon, ganwyd laserau ffynnon cwantwm. Mewn mecaneg cwantwm, gelwir maes potensial sy'n cyfyngu ar symudiad electronau ac yn eu cwantoli 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 cyffrous y laser, sef laser ffynnon cwantwm. Mae dau fath o laserau ffynnon cwantwm: laserau llinell cwantwm a laserau dot cwantwm.
① Laser llinell cwantwm
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 a dyfeisiau cyfathrebu cyflymach. Datblygwyd y laser, a all gynyddu cyflymder sain, fideo, y Rhyngrwyd a mathau eraill o gyfathrebu dros rwydweithiau ffibr-optig, gan wyddonwyr ym Mhrifysgol Yale, Lucent Technologies Bell LABS yn New Jersey a Sefydliad Ffiseg Max Planck yn Dresden, yr 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, gan gynhyrchu pylsau laser sy'n llai dwys wrth iddynt deithio trwy'r ffibr (Ailadroddwyr).
Amser postio: 15 Mehefin 2023