ნანოლაზერების კონცეფცია და კლასიფიკაცია

ნანოლაზერი არის ერთგვარი მიკრო და ნანო მოწყობილობა, რომელიც დამზადებულია ნანომასალებისაგან, როგორიცაა ნანომავთული, როგორც რეზონატორი და შეუძლია ასხივოს ლაზერი ფოტოაგზნების ან ელექტრული აგზნების ქვეშ. ამ ლაზერის ზომა ხშირად მხოლოდ ასობით მიკრონი ან თუნდაც ათეული მიკრონია, ხოლო დიამეტრი ნანომეტრამდეა, რაც მომავალი თხელი ფირის ჩვენების, ინტეგრირებული ოპტიკისა და სხვა ველების მნიშვნელოვანი ნაწილია.

ნანოლაზერების კლასიფიკაცია:

1. ნანომავთულის ლაზერი

2001 წელს აშშ-ში, კალიფორნიის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა შექმნეს მსოფლიოში ყველაზე პატარა ლაზერი - ნანოლაზერები - ნანოოპტიკურ მავთულზე, ადამიანის თმის სიგრძის მხოლოდ მეათასედი. ეს ლაზერი არა მხოლოდ ასხივებს ულტრაიისფერ ლაზერებს, არამედ ასევე შეიძლება მორგებული იყოს ლაზერების გამოსხივებაზე დაწყებული ლურჯიდან ღრმა ულტრაიისფერამდე. მკვლევარებმა გამოიყენეს სტანდარტული ტექნიკა, რომელსაც ეწოდება ორიენტირებული ეპიფიტაცია, რათა შეექმნათ ლაზერი სუფთა თუთიის ოქსიდის კრისტალებისგან. მათ პირველად „დაამუშავეს“ ნანომავთულები, ანუ ჩამოყალიბდნენ ოქროს ფენაზე 20 ნმ-დან 150 ნმ-მდე დიამეტრით და 10000 ნმ სუფთა თუთიის ოქსიდის მავთულის სიგრძით. შემდეგ, როდესაც მკვლევარებმა გაააქტიურეს სუფთა თუთიის ოქსიდის კრისტალები ნანომავთულებში სხვა ლაზერით სათბურის ქვეშ, სუფთა თუთიის ოქსიდის კრისტალები ასხივებდნენ ლაზერს მხოლოდ 17 ნმ ტალღის სიგრძით. ასეთი ნანოლაზერები საბოლოოდ შეიძლება გამოყენებულ იქნას ქიმიკატების იდენტიფიცირებისთვის და კომპიუტერული დისკებისა და ფოტონიკური კომპიუტერების ინფორმაციის შენახვის შესაძლებლობის გასაუმჯობესებლად.

2. ულტრაიისფერი ნანოლაზერი

მიკრო-ლაზერების, მიკროდისკის ლაზერების, მიკრო რგოლების და კვანტური ზვავის ლაზერების გამოჩენის შემდეგ, ქიმიკოსმა იან პეიდონგმა და მისმა კოლეგებმა კალიფორნიის უნივერსიტეტში, ბერკლიში, შექმნეს ოთახის ტემპერატურის ნანოლაზერები. ამ თუთიის ოქსიდის ნანოლაზერს შეუძლია ასხივოს ლაზერი 0,3 ნმ-ზე ნაკლები ხაზის სიგანით და 385 ნმ ტალღის სიგრძით სინათლის აგზნების ქვეშ, რომელიც ითვლება ყველაზე პატარა ლაზერად მსოფლიოში და ერთ-ერთ პირველ პრაქტიკულ მოწყობილობად, რომელიც წარმოებულია ნანოტექნოლოგიის გამოყენებით. განვითარების საწყის ეტაპზე მკვლევარებმა იწინასწარმეტყველეს, რომ ეს ZnO ნანოლაზერი არის მარტივი წარმოება, მაღალი სიკაშკაშე, მცირე ზომები და შესრულება ტოლია ან უკეთესია, ვიდრე GaN ლურჯი ლაზერები. მაღალი სიმკვრივის ნანომავთულის მასივების შექმნის შესაძლებლობის გამო, ZnO ნანოლაზერებს შეუძლიათ შევიდნენ ბევრ აპლიკაციაში, რაც შეუძლებელია დღევანდელი GaAs მოწყობილობებით. ასეთი ლაზერების გასაზრდელად, ZnO ნანომავთული სინთეზირებულია გაზის ტრანსპორტირების მეთოდით, რომელიც აკატალიზებს ეპიტაქსიალურ კრისტალების ზრდას. ჯერ საფირონის სუბსტრატს აფარებენ 1 ნმ ~ 3,5 ნმ სისქის ოქროს ფირის ფენით, შემდეგ დებენ ალუმინის ნავზე, მასალა და სუბსტრატი თბება 880 ° C ~ 905 ° C ტემპერატურამდე ამიაკის ნაკადში, რათა წარმოიქმნას. Zn ორთქლი, შემდეგ კი Zn ორთქლი ტრანსპორტირდება სუბსტრატში. ნანომავთულები 2μm~10μm ექვსკუთხა განივი კვეთის ფართობით წარმოიქმნა ზრდის პროცესში 2წთ~10წთ. მკვლევარებმა აღმოაჩინეს, რომ ZnO ნანომავთული აყალიბებს ბუნებრივ ლაზერულ ღრუს 20 ნმ-დან 150 ნმ-მდე დიამეტრით და მისი დიამეტრის უმეტესი ნაწილი (95%) არის 70 ნმ-დან 100 ნმ-მდე. ნანომავთულხლართების სტიმულირებული ემისიის შესასწავლად მკვლევარებმა ოპტიკურად ამოტუმბეს ნიმუში სათბურში Nd:YAG ლაზერის მეოთხე ჰარმონიული გამომავალი (266 ნმ ტალღის სიგრძე, 3 ნმ პულსის სიგანე). ემისიის სპექტრის ევოლუციის დროს სინათლე იკლებს ტუმბოს სიმძლავრის ზრდით. როდესაც ლაზინგი გადააჭარბებს ZnO ნანომავთულის ზღურბლს (დაახლოებით 40 კვტ/სმ), ემისიის სპექტრში გამოჩნდება უმაღლესი წერტილი. ამ უმაღლესი წერტილების ხაზის სიგანე 0,3 ნმ-ზე ნაკლებია, რაც 1/50-ზე ნაკლებია ხაზის სიგანეზე ემისიის წვეროდან ზღურბლის ქვემოთ. ამ ვიწრო ხაზის სიგანემ და ემისიის ინტენსივობის სწრაფმა ზრდამ მკვლევარები მიიყვანა დასკვნამდე, რომ სტიმულირებული ემისია მართლაც ხდება ამ ნანომავთულებში. ამრიგად, ამ ნანომავთულის მასივს შეუძლია იმოქმედოს როგორც ბუნებრივი რეზონატორი და ამით გახდეს იდეალური მიკრო ლაზერული წყარო. მკვლევარები თვლიან, რომ ეს მოკლე ტალღის სიგრძის ნანოლაზერი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ოპტიკური გამოთვლის, ინფორმაციის შენახვისა და ნანოანალიზატორის სფეროებში.

3. კვანტური ჭაბურღილის ლაზერები

2010 წლამდე და მის შემდეგ, ნახევარგამტარულ ჩიპზე ამოტვიფრული ხაზის სიგანე 100 ნმ-ს ან ნაკლებს მიაღწევს და წრეში მხოლოდ რამდენიმე ელექტრონი მოძრაობს, ხოლო ელექტრონის მატება და შემცირება დიდ გავლენას მოახდენს მის მუშაობაზე. წრე. ამ პრობლემის გადასაჭრელად კვანტური ჭაბურღილების ლაზერები დაიბადა. კვანტურ მექანიკაში პოტენციურ ველს, რომელიც ზღუდავს ელექტრონების მოძრაობას და კვანტურებს, ეწოდება კვანტური ჭა. ეს კვანტური შეზღუდვა გამოიყენება ნახევარგამტარული ლაზერის აქტიურ ფენაში კვანტური ენერგიის დონის ფორმირებისთვის, ისე, რომ ენერგეტიკულ დონეებს შორის ელექტრონული გადასვლა დომინირებს ლაზერის აღგზნებულ გამოსხივებაზე, რომელიც არის კვანტური ჭაბურღილის ლაზერი. არსებობს ორი ტიპის კვანტური ჭაბურღილის ლაზერები: კვანტური ხაზის ლაზერები და კვანტური წერტილოვანი ლაზერები.

① კვანტური ხაზის ლაზერი

მეცნიერებმა შეიმუშავეს კვანტური მავთულის ლაზერები, რომლებიც 1000-ჯერ უფრო ძლიერია, ვიდრე ტრადიციული ლაზერები, რაც გადადგამს დიდ ნაბიჯს უფრო სწრაფი კომპიუტერებისა და საკომუნიკაციო მოწყობილობების შესაქმნელად. ლაზერი, რომელსაც შეუძლია აუდიო, ვიდეო, ინტერნეტი და კომუნიკაციის სხვა ფორმების სიჩქარე ოპტიკურ-ბოჭკოვანი ქსელების მეშვეობით გაზარდოს, შეიმუშავეს იელის უნივერსიტეტის, Lucent Technologies Bell LABS-ის მეცნიერებმა ნიუ ჯერსიში და მაქს პლანკის ფიზიკის ინსტიტუტში დრეზდენში. გერმანია. ეს უფრო მაღალი სიმძლავრის ლაზერები შეამცირებს ძვირადღირებულ გამეორების საჭიროებას, რომლებიც დამონტაჟებულია ყოველ 80 კილომეტრში (50 მილი) საკომუნიკაციო ხაზის გასწვრივ, კვლავ წარმოქმნის ლაზერულ იმპულსებს, რომლებიც ნაკლებად ინტენსიურია ბოჭკოში გადაადგილებისას (გამეორებები).