Нанолазер - резонатор ретінде наноматериалдардан жасалған және фотоқоздыру немесе электрлік қоздыру кезінде лазер шығара алатын микро және нано құрылғының бір түрі. Бұл лазердің өлшемі көбінесе жүздеген микрон немесе тіпті ондаған микронды құрайды, ал диаметрі нанометрлік ретке дейін жетеді, бұл болашақ жұқа пленкалы дисплейдің, интеграцияланған оптиканың және басқа да салалардың маңызды бөлігі болып табылады.
Нанолазердің жіктелуі:
1. Наносым лазері
2001 жылы АҚШ-тағы Беркли қаласындағы Калифорния университетінің зерттеушілері адам шашының ұзындығының мыңнан бір бөлігіндей нанооптикалық сымға әлемдегі ең кішкентай лазерді – нанолазерлерді – жасады. Бұл лазер тек ультракүлгін лазерлерді шығарып қана қоймай, сонымен қатар көктен терең ультракүлгінге дейінгі лазерлерді шығару үшін де реттелуі мүмкін. Зерттеушілер таза мырыш оксиді кристалдарынан лазер жасау үшін бағдарланған эпифитация деп аталатын стандартты әдісті қолданды. Олар алдымен диаметрі 20 нм-ден 150 нм-ге дейінгі және ұзындығы 10 000 нм болатын алтын қабатта пайда болған наносымдарды «өсірді». Содан кейін, зерттеушілер жылыжай астындағы басқа лазермен наносымдардың таза мырыш оксиді кристалдарын белсендірген кезде, таза мырыш оксиді кристалдары толқын ұзындығы небәрі 17 нм болатын лазер шығарды. Мұндай нанолазерлерді ақырында химиялық заттарды анықтау және компьютерлік дискілер мен фотондық компьютерлердің ақпарат сақтау сыйымдылығын жақсарту үшін пайдалануға болады.
2. Ультракүлгін нанолазер
Микролазерлердің, микродискілі лазерлердің, микросақиналы лазерлердің және кванттық көшкін лазерлерінің пайда болуынан кейін, Калифорния университетіндегі (Беркли) химик Ян Пэйдун және оның әріптестері бөлме температурасындағы нанолазерлерді жасады. Бұл мырыш оксиді нанолазері жарық қоздыру кезінде сызықтық ені 0,3 нм-ден аз және толқын ұзындығы 385 нм болатын лазер шығара алады, бұл әлемдегі ең кішкентай лазер және нанотехнологияны қолдана отырып жасалған алғашқы практикалық құрылғылардың бірі болып саналады. Әзірлеудің бастапқы кезеңінде зерттеушілер бұл ZnO нанолазерін жасау оңай, жоғары жарықтық, кіші өлшем және өнімділігі GaN көк лазерлеріне тең немесе тіпті одан да жақсы деп болжады. Жоғары тығыздықтағы наносым массивтерін жасау мүмкіндігіне байланысты ZnO нанолазерлері бүгінгі GaAs құрылғыларымен мүмкін емес көптеген қолданбаларға ене алады. Мұндай лазерлерді өсіру үшін ZnO наносым газ тасымалдау әдісімен синтезделеді, бұл эпитаксиалды кристалдардың өсуін катализдейді. Алдымен, сапфир негізі 1 нм ~ 3,5 нм қалыңдықтағы алтын пленка қабатымен қапталады, содан кейін оны алюминий оксиді қайығына салады, материал мен негіз аммиак ағынында 880 ° C ~ 905 ° C дейін қыздырылып, Zn буы алынады, содан кейін Zn буы негізге тасымалданады. Алтыбұрышты көлденең қимасы бар 2 мкм ~ 10 мкм наносымдары 2 мин ~ 10 мин өсу процесінде жасалды. Зерттеушілер ZnO наносымының диаметрі 20 нм-ден 150 нм-ге дейінгі табиғи лазер қуысын түзетінін және оның диаметрінің көп бөлігі (95%) 70 нм-ден 100 нм-ге дейінгі екенін анықтады. Наносымдардың ынталандырылған сәулеленуін зерттеу үшін зерттеушілер үлгіні жылыжайда Nd:YAG лазерінің төртінші гармоникалық шығысымен (266 нм толқын ұзындығы, 3 нс импульс ені) оптикалық түрде айдады. Сәулелену спектрінің эволюциясы кезінде сорғы қуатының артуымен жарық сөнеді. Лазерлік сәулелену ZnO наносымының шегінен (шамамен 40 кВт/см2) асып кеткенде, сәулелену спектрінде ең биік нүкте пайда болады. Бұл ең биік нүктелердің сызық ені 0,3 нм-нен аз, бұл шекті мәннен төмен сәулелену шыңынан сызық енінен 1/50 еседен астам аз. Бұл тар сызық ендері және сәулелену қарқындылығының тез артуы зерттеушілерді бұл наносымдарда ынталандырылған сәулелену шынымен де болады деген қорытындыға әкелді. Сондықтан, бұл наносым массиві табиғи резонатор ретінде әрекет ете алады және осылайша микро лазердің тамаша көзіне айнала алады. Зерттеушілер бұл қысқа толқынды нанолазерді оптикалық есептеу, ақпаратты сақтау және наноанализатор салаларында қолдануға болады деп санайды.
3. Кванттық ұңғыма лазерлері
2010 жылға дейін және одан кейін жартылай өткізгіш чипте ойылған сызық ені 100 нм немесе одан азға жетеді, ал тізбекте тек бірнеше электрон қозғалады, ал электронның ұлғаюы мен кемуі тізбектің жұмысына үлкен әсер етеді. Бұл мәселені шешу үшін кванттық ұңғыма лазерлері пайда болды. Кванттық механикада электрондардың қозғалысын шектейтін және оларды кванттайтын потенциалдық өріс кванттық ұңғыма деп аталады. Бұл кванттық шектеу жартылай өткізгіш лазердің белсенді қабатында кванттық энергия деңгейлерін қалыптастыру үшін қолданылады, сондықтан энергия деңгейлері арасындағы электрондық ауысу кванттық ұңғыма лазері болып табылатын лазердің қоздырылған сәулеленуінде басым болады. Кванттық ұңғыма лазерлерінің екі түрі бар: кванттық сызықтық лазерлер және кванттық нүктелік лазерлер.
① Кванттық сызықты лазер
Ғалымдар дәстүрлі лазерлерге қарағанда 1000 есе қуатты кванттық сым лазерлерін жасап шығарды, бұл жылдам компьютерлер мен байланыс құрылғыларын жасау жолында үлкен қадам жасады. Талшықты-оптикалық желілер арқылы аудио, бейне, интернет және басқа да байланыс түрлерінің жылдамдығын арттыра алатын лазерді Йель университетінің, Нью-Джерсидегі Lucent Technologies Bell LABS және Германияның Дрезден қаласындағы Макс Планк физика институтының ғалымдары әзірледі. Бұл жоғары қуатты лазерлер байланыс желісі бойымен әрбір 80 км (50 миль) сайын орнатылатын қымбат қайталағыштарға деген қажеттілікті азайтып, талшық арқылы өткен кезде аз қарқынды лазерлік импульстарды (қайталағыштарды) шығарады.
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 15 маусым