En Nanolaser ass eng Zort Mikro- an Nano-Apparat, deen aus Nanomaterialien, wéi zum Beispill Nanodrot, als Resonator gemaach ass a Laser ënner Photoexcitatioun oder elektrescher Erregung ausstraale kann. D'Gréisst vun dësem Laser ass dacks nëmmen Honnerte vu Mikrometer oder souguer Zénger vu Mikrometer, an den Duerchmiesser ass bis zu Nanometergréisst, wat e wichtegen Deel vun der zukünfteger Dënnfilmdisplay, integréierter Optik an anere Beräicher ass.
Klassifikatioun vum Nanolaser:
1. Nanodrotlaser
Am Joer 2001 hunn d'Fuerscher vun der University of California, Berkeley, an den USA, de klengste Laser vun der Welt - Nanolaseren - op engem nanoopteschen Drot entwéckelt, deen nëmmen en Dausendstel vun der Längt vun engem mënschlechen Hoer ass. Dëse Laser straalt net nëmmen ultraviolett Laseren aus, mä kann och agestallt ginn, fir Laseren auszestralen, déi vu blo bis déif ultraviolett reechen. D'Fuerscher hunn eng Standardtechnik benotzt, déi orientéiert Epiphytatioun genannt gëtt, fir de Laser aus puren Zinkoxidkristaller ze kreéieren. Si hunn als éischt Nanodréit "kultivéiert", dat heescht, si goufen op enger Goldschicht mat engem Duerchmiesser vun 20 nm bis 150 nm an enger Längt vun 10.000 nm puren Zinkoxiddrote geformt. Wéi d'Fuerscher dann déi pur Zinkoxidkristaller an den Nanodréit mat engem anere Laser ënner dem Treibhaus aktivéiert hunn, hunn déi pur Zinkoxidkristaller e Laser mat enger Wellelängt vun nëmmen 17 nm ausgestraalt. Sou Nanolaseren kéinten eventuell benotzt ginn, fir Chemikalien z'identifizéieren an d'Informatiounsspeicherkapazitéit vu Computerdisken a photonesche Computeren ze verbesseren.
2. Ultraviolett Nanolaser
Nom Opkomme vu Mikrolaser, Mikro-Scheiwenlaser, Mikro-Ringlaser a Quantelawinelaser hunn de Chemiker Yang Peidong a seng Kollegen vun der University of California, Berkeley, Nanolaser bei Raumtemperatur hiergestallt. Dësen Zinkoxid-Nanolaser kann e Laser mat enger Linnebreet vu manner wéi 0,3 nm an enger Wellelängt vun 385 nm ënner Liichterreegung ausstrahlen, wat als de klengste Laser op der Welt an ee vun den éischte prakteschen Apparater ugesi gëtt, déi mat Nanotechnologie hiergestallt goufen. An der éischter Phas vun der Entwécklung hunn d'Fuerscher virausgesot, datt dësen ZnO-Nanolaser einfach ze produzéieren ass, eng héich Hellegkeet huet, eng kleng Gréisst huet, an d'Leeschtung gläich oder souguer besser ass wéi déi vu GaN-Blolaser. Wéinst der Fäegkeet, Nanodrot-Arrays mat héijer Dicht ze maachen, kënnen ZnO-Nanolaser vill Uwendungen erfëllen, déi mat den haitege GaAs-Apparater net méiglech sinn. Fir sou Laser ze wuessen, gëtt ZnO-Nanodrot duerch d'Gastransportmethod synthetiséiert, déi d'epitaxial Kristallwuesstum katalyséiert. Fir d'éischt gëtt de Saphir-Substrat mat enger Schicht aus 1 nm~3,5 nm déckem Goldfilm beschichtet, an dann op e Aluminiumoxid-Boot geluecht, d'Material an de Substrat ginn op 880 °C ~905 °C am Ammoniakstroum erhëtzt fir Zn-Damp ze produzéieren, an dann gëtt den Zn-Damp op de Substrat transportéiert. Nanodréit vun 2μm~10μm mat enger hexagonaler Querschnittsfläch goufen am Wuessprozess vun 2min~10min generéiert. D'Fuerscher hunn erausfonnt, datt den ZnO-Nanodrot eng natierlech Laserhöhl mat engem Duerchmiesser vun 20nm bis 150nm bildt, an de gréissten Deel (95%) vu sengem Duerchmiesser ass 70nm bis 100nm. Fir d'stimuléiert Emissioun vun den Nanodréit ze studéieren, hunn d'Fuerscher d'Prouf an engem Treibhaus mat der véierter harmonescher Ausgab vun engem Nd:YAG-Laser (266nm Wellelängt, 3ns Pulsbreet) optesch gepompelt. Wärend der Entwécklung vum Emissiounsspektrum gëtt d'Liicht mat der Erhéijung vun der Pompelleistung gedämpft. Wann d'Laserung d'Schwell vum ZnO-Nanodrot iwwerschreit (ongeféier 40 kW/cm), erschéngt den héchste Punkt am Emissiounsspektrum. D'Linnebreet vun dësen héchste Punkten ass manner wéi 0,3 nm, wat méi wéi 1/50 manner ass wéi d'Linnebreet vum Emissiounspunkt ënner dem Schwellwäert. Dës schmuel Linnebreeten an déi séier Erhéijunge vun der Emissiounsintensitéit hunn d'Fuerscher zu der Conclusioun gefouert, datt stimuléiert Emissioun tatsächlech an dësen Nanodrot virkënnt. Dofir kann dës Nanodrot-Matrix als natierleche Resonator déngen an domat eng ideal Mikrolaserquell ginn. D'Fuerscher gleewen, datt dësen Nanolaser mat kuerzer Wellelängt an de Beräicher vum optesche Berechnungssystem, Informatiounsspeicher an Nanoanalysator ka benotzt ginn.
3. Quantebrunnlaser
Virun an no 2010 wäert d'Linnbreet, déi um Hallefleiterchip geätzt ass, 100 nm oder manner erreechen, an et wäerten nëmmen e puer Elektronen am Circuit sinn, déi sech beweegen, an d'Erhéijung an d'Ofsenkung vun engem Elektron wäerten e groussen Impakt op de Betrib vum Circuit hunn. Fir dëst Problem ze léisen, sinn Quantebrunnlaser entstanen. An der Quantemechanik gëtt e Potenzialfeld, dat d'Bewegung vun Elektronen beschränkt a se quantifizéiert, e Quantebrunn genannt. Dës Quantebeschränkung gëtt benotzt fir Quantenenergieniveauen an der aktiver Schicht vum Hallefleiterlaser ze bilden, sou datt den elektroneschen Iwwergang tëscht den Energieniveauen déi ugereegt Stralung vum Laser dominéiert, wat e Quantebrunnlaser ass. Et gëtt zwou Zorte vu Quantebrunnlaser: Quantelinnlaser a Quantepunktlaser.
① Quante-Linnlaser
Wëssenschaftler hunn Quante-Drotlaser entwéckelt, déi 1.000-mol méi staark si wéi traditionell Laser, an domat e grousse Schrëtt a Richtung vun der Schafung vu méi schnelle Computeren a Kommunikatiounsapparater gemaach. De Laser, deen d'Geschwindegkeet vun Audio, Video, Internet an aner Forme vu Kommunikatioun iwwer Glasfasernetzwierker erhéije kann, gouf vu Wëssenschaftler vun der Yale University, Lucent Technologies Bell LABS zu New Jersey an dem Max-Planck-Institut fir Physik zu Dresden, Däitschland, entwéckelt. Dës méi staark Laser géifen de Besoin fir deier Repeater reduzéieren, déi all 80 km (50 Meilen) laanscht d'Kommunikatiounslinn installéiert ginn, a sou Laserimpulser produzéieren, déi manner intensiv sinn, wa se duerch d'Glasfaser reesen (Repeater).
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 15. Juni 2023