Наноласер је врста микро и нано уређаја који је направљен од наноматеријала као што је наножица као резонатор и може емитовати ласер под фотоексцитацијом или електричном ексцитацијом. Величина овог ласера је често само стотине микрона или чак десетине микрона, а пречник је до нанометарског реда, што је важан део будућих танкослојних дисплеја, интегрисане оптике и других области.
Класификација наноласера:
1. Наножичани ласер
Године 2001, истраживачи са Универзитета Калифорније у Берклију, у Сједињеним Државама, створили су најмањи ласер на свету – наноласере – на нанооптичкој жици дужине само хиљадити део дужине људске длаке. Овај ласер не само да емитује ултраљубичасте ласере, већ се може подесити и да емитује ласере у распону од плавог до дубоког ултраљубичастог зрачења. Истраживачи су користили стандардну технику названу оријентисана епифитација да би створили ласер од чистих кристала цинк оксида. Прво су „култивисали“ наножице, односно формиране на златном слоју пречника од 20 nm до 150 nm и дужине 10.000 nm жица чистог цинк оксида. Затим, када су истраживачи активирали кристале чистог цинк оксида у наножицама другим ласером испод стаклене баште, кристали чистог цинк оксида емитовали су ласер таласне дужине од само 17 nm. Такви наноласери би се евентуално могли користити за идентификацију хемикалија и побољшање капацитета складиштења информација на рачунарским дисковима и фотонским рачунарима.
2. Ултраљубичасти наноласер
Након појаве микро-ласера, микро-дискових ласера, микро-прстенских ласера и квантних лавинских ласера, хемичар Јанг Пеидонг и његове колеге са Универзитета Калифорније у Берклију направили су наноласере на собној температури. Овај цинк-оксидни наноласер може емитовати ласер са ширином линије мањом од 0,3 нм и таласном дужином од 385 нм под светлосним побуђивањем, што се сматра најмањим ласером на свету и једним од првих практичних уређаја произведених коришћењем нанотехнологије. У почетној фази развоја, истраживачи су предвидели да је овај ZnO наноласер једноставан за производњу, високе осветљености, мале величине, а перформансе су једнаке или чак боље од GaN плавих ласера. Због могућности прављења низова наножица високе густине, ZnO наноласери могу пронаћи многе примене које нису могуће са данашњим GaAs уређајима. Да би се узгајали такви ласери, ZnO наножица се синтетише методом транспорта гаса која катализује епитаксијални раст кристала. Прво, сафирна подлога се прекрива слојем златног филма дебљине 1 nm~3,5 nm, а затим се ставља на чамац од алумине. Материјал и подлога се загревају на 880 °C ~ 905 °C у току амонијака да би се произвела Zn пара, а затим се Zn пара транспортује до подлоге. Наножице од 2μm~10μm са хексагоналним попречним пресеком генерисане су током процеса раста од 2min~10min. Истраживачи су открили да ZnO наножица формира природну ласерску шупљину пречника од 20nm до 150nm, а већи део (95%) њеног пречника је од 70nm до 100nm. Да би проучили стимулисану емисију наножица, истраживачи су оптички пумпали узорак у стакленику четвртим хармоником излаза Nd:YAG ласера (таласна дужина 266nm, ширина импулса 3ns). Током еволуције спектра емисије, светлост се смањује са повећањем снаге пумпе. Када ласерско зрачење пређе праг ZnO наножице (око 40 kW/cm), највиша тачка ће се појавити у спектру емисије. Ширина линије ових највиших тачака је мања од 0,3 nm, што је више од 1/50 мање од ширине линије од врха емисије испод прага. Ове уске ширине линија и брзо повећање интензитета емисије навели су истраживаче на закључак да се стимулисана емисија заиста јавља у овим наножицама. Стога, овај низ наножица може деловати као природни резонатор и тако постати идеалан извор микро ласера. Истраживачи верују да се овај наноласер кратке таласне дужине може користити у областима оптичког рачунарства, складиштења информација и наноанализатора.
3. Ласери са квантним бунарима
Пре и после 2010. године, ширина линије угравиране на полупроводничком чипу достизаће 100 нм или мање, а у колу ће се кретати само неколико електрона, а повећање и смањење броја електрона имаће велики утицај на рад кола. Да би се решио овај проблем, настали су квантни ласери. У квантној механици, потенцијално поље које ограничава кретање електрона и квантизује их назива се квантни бунар. Ово квантно ограничење се користи за формирање квантних енергетских нивоа у активном слоју полупроводничког ласера, тако да електронски прелаз између енергетских нивоа доминира побуђеним зрачењем ласера, што је квантни бунарски ласер. Постоје две врсте квантних бунарских ласера: квантни линијски ласери и квантни тачкасти ласери.
① Квантни линијски ласер
Научници су развили квантне жичане ласере који су 1.000 пута снажнији од традиционалних ласера, чиме су направили велики корак ка стварању бржих рачунара и комуникационих уређаја. Ласер, који може повећати брзину звука, видеа, интернета и других облика комуникације преко оптичких мрежа, развили су научници са Универзитета Јејл, Lucent Technologies Bell LABS у Њу Џерзију и Института Макс Планк за физику у Дрездену, у Немачкој. Ови ласери веће снаге смањили би потребу за скупим репетиторима, који се инсталирају на сваких 80 км дуж комуникационе линије, поново производећи ласерске импулсе који су мање интензивни док путују кроз влакно (репетитори).
Време објаве: 15. јун 2023.