Il nanolaser è un tipo di micro e nano dispositivo costituito da nanomateriali come nanofili come risonatore e può emettere laser sotto fotoeccitazione o eccitazione elettrica.La dimensione di questo laser è spesso solo di centinaia di micron o addirittura decine di micron e il diametro arriva fino all'ordine dei nanometri, che è una parte importante del futuro display a film sottile, dell'ottica integrata e di altri campi.
Classificazione del nanolaser:
1. Laser a nanofili
Nel 2001, i ricercatori dell'Università della California, Berkeley, negli Stati Uniti, hanno creato il laser più piccolo del mondo – i nanolaser – su un filo nanoottico lungo solo un millesimo della lunghezza di un capello umano.Questo laser non solo emette laser ultravioletti, ma può anche essere sintonizzato per emettere laser che vanno dal blu all'ultravioletto profondo.I ricercatori hanno utilizzato una tecnica standard chiamata epifitazione orientata per creare il laser da cristalli di ossido di zinco puro.Per prima cosa hanno “coltivato” nanofili, cioè formati su uno strato d’oro con un diametro da 20 nm a 150 nm e una lunghezza di fili di ossido di zinco puro di 10.000 nm.Quindi, quando i ricercatori hanno attivato i cristalli di ossido di zinco puro nei nanofili con un altro laser sotto la serra, i cristalli di ossido di zinco puro hanno emesso un laser con una lunghezza d’onda di soli 17 nm.Tali nanolaser potrebbero eventualmente essere utilizzati per identificare sostanze chimiche e migliorare la capacità di memorizzazione delle informazioni dei dischi dei computer e dei computer fotonici.
2. Nanolaser ultravioletto
Dopo l’avvento dei microlaser, dei laser a microdisco, dei laser a microanello e dei laser a valanga quantistica, il chimico Yang Peidong e i suoi colleghi dell’Università della California, Berkeley, hanno realizzato nanolaser a temperatura ambiente.Questo nanolaser all'ossido di zinco può emettere un laser con una larghezza di linea inferiore a 0,3 nm e una lunghezza d'onda di 385 nm sotto eccitazione della luce, che è considerato il laser più piccolo al mondo e uno dei primi dispositivi pratici fabbricati utilizzando la nanotecnologia.Nella fase iniziale di sviluppo, i ricercatori hanno previsto che questo nanolaser ZnO è facile da produrre, ha un'elevata luminosità, dimensioni ridotte e prestazioni uguali o addirittura migliori dei laser blu GaN.Grazie alla capacità di realizzare array di nanofili ad alta densità, i nanolaser ZnO possono entrare in molte applicazioni che non sono possibili con gli odierni dispositivi GaAs.Per far crescere tali laser, il nanofilo di ZnO viene sintetizzato mediante il metodo di trasporto del gas che catalizza la crescita dei cristalli epitassiali.Innanzitutto, il substrato di zaffiro viene rivestito con uno strato di pellicola d'oro spessa 1 nm ~ 3,5 nm, quindi posizionato su una barca di allumina, il materiale e il substrato vengono riscaldati a 880 ° C ~ 905 ° C nel flusso di ammoniaca per produrre Vapore di zinco, quindi il vapore di zinco viene trasportato al substrato.Nanofili di 2μm~10μm con area di sezione trasversale esagonale sono stati generati nel processo di crescita di 2min~10min.I ricercatori hanno scoperto che il nanofilo di ZnO forma una cavità laser naturale con un diametro compreso tra 20 nm e 150 nm e la maggior parte (95%) del suo diametro è compreso tra 70 nm e 100 nm.Per studiare l'emissione stimolata dei nanofili, i ricercatori hanno pompato otticamente il campione in una serra con l'uscita della quarta armonica di un laser Nd:YAG (lunghezza d'onda di 266 nm, larghezza di impulso di 3 ns).Durante l'evoluzione dello spettro di emissione la luce viene attenuata all'aumentare della potenza della pompa.Quando il laser supera la soglia del nanofilo di ZnO (circa 40kW/cm), apparirà il punto più alto nello spettro di emissione.La larghezza della linea di questi punti più alti è inferiore a 0,3 nm, ovvero più di 1/50 in meno della larghezza della linea dal vertice di emissione sotto la soglia.Queste larghezze di linea ridotte e i rapidi aumenti dell’intensità dell’emissione hanno portato i ricercatori a concludere che in questi nanofili si verifica effettivamente un’emissione stimolata.Pertanto, questa matrice di nanofili può agire come un risonatore naturale e diventare quindi una sorgente micro laser ideale.I ricercatori ritengono che questo nanolaser a lunghezza d'onda corta possa essere utilizzato nei campi dell'informatica ottica, dell'archiviazione di informazioni e dei nanoanalizzatori.
3. Laser a pozzo quantico
Prima e dopo il 2010, la larghezza della linea incisa sul chip del semiconduttore raggiungerà i 100 nm o meno e ci saranno solo pochi elettroni in movimento nel circuito e l'aumento e la diminuzione di un elettrone avranno un grande impatto sul funzionamento del circuito. circuito.Per risolvere questo problema sono nati i laser per pozzi quantistici.Nella meccanica quantistica, un campo potenziale che vincola il movimento degli elettroni e li quantizza è chiamato pozzo quantistico.Questo vincolo quantistico viene utilizzato per formare livelli di energia quantistica nello strato attivo del laser a semiconduttore, in modo che la transizione elettronica tra i livelli di energia domini la radiazione eccitata del laser, che è un laser a pozzo quantico.Esistono due tipi di laser a pozzo quantico: laser a linea quantistica e laser a punto quantico.
① Laser a linea quantistica
Gli scienziati hanno sviluppato laser a filo quantistico che sono 1.000 volte più potenti dei laser tradizionali, compiendo un grande passo avanti verso la creazione di computer e dispositivi di comunicazione più veloci.Il laser, che può aumentare la velocità di audio, video, Internet e altre forme di comunicazione su reti in fibra ottica, è stato sviluppato da scienziati della Yale University, Lucent Technologies Bell LABS nel New Jersey e Max Planck Institute for Physics di Dresda. Germania.Questi laser ad alta potenza ridurrebbero la necessità di costosi ripetitori, che vengono installati ogni 80 km (50 miglia) lungo la linea di comunicazione, producendo ancora impulsi laser meno intensi mentre viaggiano attraverso la fibra (ripetitori).
Orario di pubblicazione: 15 giugno 2023