Nanolazeris yra mikro ir nanoįrenginys, pagamintas iš nanomedžiagų, tokių kaip nanolydiniai laidai, kaip rezonatorius, ir galintis skleisti lazerio spindulius fotosužadinimo arba elektrinio sužadinimo būdu. Šio lazerio dydis dažnai siekia tik šimtus mikronų ar net dešimtis mikronų, o skersmuo – iki nanometrų eilės, todėl tai yra svarbi būsimų plonasluoksnių ekranų, integruotos optikos ir kitų sričių dalis.
Nanolazerio klasifikacija:
1. Nanovielinis lazeris
2001 m. Kalifornijos universiteto Berklyje (JAV) tyrėjai ant nanooptinio laido, kurio ilgis siekia vos tūkstantąją dalį žmogaus plauko, sukūrė mažiausią pasaulyje lazerį – nanolazerius. Šis lazeris ne tik skleidžia ultravioletinius lazerius, bet ir gali būti suderintas skleisti lazerius nuo mėlynos iki gilios ultravioletinės spinduliuotės. Tyrėjai, naudodami standartinę techniką, vadinamą orientuota epifitacija, sukūrė lazerį iš gryno cinko oksido kristalų. Pirmiausia jie „kultivavo“ nanolaidus, tai yra, suformuotus ant aukso sluoksnio, kurio skersmuo nuo 20 nm iki 150 nm, o gryno cinko oksido laidų ilgis – 10 000 nm. Vėliau, kai tyrėjai aktyvavo grynus cinko oksido kristalus nanolaiduose kitu lazeriu po šiltnamiu, gryno cinko oksido kristalai skleidė lazerį, kurio bangos ilgis buvo tik 17 nm. Tokie nanolazeriai galiausiai galėtų būti naudojami cheminėms medžiagoms identifikuoti ir kompiuterių diskų bei fotoninių kompiuterių informacijos saugojimo talpai pagerinti.
2. Ultravioletinis nanolaseris
Atsiradus mikrolazeriams, mikrodiskiniams lazeriams, mikrožiediniams lazeriams ir kvantinės lavinos lazeriams, chemikas Yang Peidong ir jo kolegos iš Kalifornijos universiteto Berklyje sukūrė kambario temperatūros nanolazerius. Šis cinko oksido nanolazeris, sužadintas šviesa, gali skleisti lazerį, kurio linijos plotis yra mažesnis nei 0,3 nm, o bangos ilgis – 385 nm. Tai laikomas mažiausiu lazeriu pasaulyje ir vienu pirmųjų praktinių prietaisų, pagamintų naudojant nanotechnologijas. Pradiniame kūrimo etape tyrėjai prognozavo, kad šis ZnO nanolazeris yra lengvai pagaminamas, didelio ryškumo, mažo dydžio, o jo našumas prilygsta ar net geresnis už GaN mėlynuosius lazerius. Dėl galimybės gaminti didelio tankio nanolydinių matricas, ZnO nanolazeriai gali būti naudojami daugelyje sričių, kurios neįmanomos su šiandieniniais GaAs prietaisais. Norint auginti tokius lazerius, ZnO nanolydinė sintetinama dujų pernašos metodu, kuris katalizuoja epitaksinį kristalų augimą. Pirmiausia safyro substratas padengiamas 1 nm–3,5 nm storio aukso plėvelės sluoksniu, o tada uždedamas ant aliuminio oksido valties, medžiaga ir substratas kaitinami iki 880 °C–905 °C amoniako sraute, kad susidarytų Zn garai, o tada Zn garai transportuojami į substratą. 2 min.–10 min. augimo proceso metu buvo sugeneruoti 2 μm–10 μm skersmens, šešiakampio skerspjūvio ploto nanolaidai. Tyrėjai nustatė, kad ZnO nanolaidas sudaro natūralią lazerio ertmę, kurios skersmuo yra nuo 20 nm iki 150 nm, o didžioji (95 %) jo skersmens dalis yra nuo 70 nm iki 100 nm. Norėdami ištirti nanolaidų stimuliuojamą emisiją, tyrėjai optiškai pumpavo mėginį šiltnamyje Nd:YAG lazerio ketvirtosios harmonikos išvestimi (266 nm bangos ilgis, 3 ns impulso plotis). Emisijos spektro evoliucijos metu šviesa yra skaidoma didėjant pumpavimo galiai. Kai lazerio spinduliuotės stiprumas viršija ZnO nanolydinio spinduliavimo slenkstį (apie 40 kW/cm), emisijos spektre atsiras aukščiausias taškas. Šių aukščiausių taškų linijos plotis yra mažesnis nei 0,3 nm, tai yra daugiau nei 1/50 mažiau nei linijos plotis nuo emisijos viršūnės žemiau slenksčio. Šie siauri linijų pločiai ir spartus emisijos intensyvumo didėjimas leido tyrėjams padaryti išvadą, kad šiose nanolydinėse vielose iš tiesų vyksta stimuliuojama emisija. Todėl ši nanolydinių vielų matrica gali veikti kaip natūralus rezonatorius ir tapti idealiu mikrolazerio šaltiniu. Tyrėjai mano, kad šis trumpųjų bangų nanolazeris gali būti naudojamas optinių skaičiavimų, informacijos saugojimo ir nanoanalizatorių srityse.
3. Kvantinių šulinių lazeriai
Iki ir po 2010 m. puslaidininkiniame luste išgraviruotos linijos plotis siekė 100 nm ar mažiau, o grandinėje judėjo tik keli elektronai, o elektrono skaičiaus didėjimas ir mažėjimas turėjo didelę įtaką grandinės veikimui. Šiai problemai išspręsti atsirado kvantinių šulinių lazeriai. Kvantinėje mechanikoje potencialo laukas, kuris riboja elektronų judėjimą ir juos kvantuoja, vadinamas kvantine šulinėle. Šis kvantinis apribojimas naudojamas kvantiniams energijos lygmenims formuoti puslaidininkinio lazerio aktyviajame sluoksnyje, kad elektroninis perėjimas tarp energijos lygmenų dominuotų lazerio, kuris yra kvantinės šulinės lazeris, sužadintoje spinduliuotėje. Yra dviejų tipų kvantinių šulinių lazeriai: kvantiniai linijiniai lazeriai ir kvantiniai taškiniai lazeriai.
① Kvantinis linijinis lazeris
Mokslininkai sukūrė kvantinės vielos lazerius, kurie yra 1000 kartų galingesni už tradicinius lazerius, žengdami didelį žingsnį link greitesnių kompiuterių ir ryšio įrenginių kūrimo. Lazerį, kuris gali padidinti garso, vaizdo, interneto ir kitų ryšių formų greitį šviesolaidiniais tinklais, sukūrė Jeilio universiteto, „Lucent Technologies Bell LABS“ Naujajame Džersyje ir Makso Planko fizikos instituto Drezdene, Vokietijoje, mokslininkai. Šie didesnės galios lazeriai sumažintų brangių kartotuvų, kurie įrengiami kas 80 km (50 mylių) išilgai ryšio linijos, poreikį, vėlgi generuodami lazerio impulsus, kurie sklinda per šviesolaidį, yra mažiau intensyvūs (kartotuvai).
Įrašo laikas: 2023 m. birželio 15 d.