ნანოლაზერების კონცეფცია და კლასიფიკაცია

ნანოლაზერი არის ერთგვარი მიკრო და ნანო მოწყობილობა, რომელიც დამზადებულია ნანომასალებისგან, როგორიცაა ნანოვერი, როგორც რეზონატორი და შეუძლია ლაზერის გამოსხივება ფოტოექსიცირების ან ელექტრული აგზნების ქვეშ. ამ ლაზერის ზომა ხშირად არის მხოლოდ ასობით მიკრონი ან თუნდაც ათობით მიკრონი, ხოლო დიამეტრი ნანომეტრის წესრიგზეა დამოკიდებული, რაც მომავალი თხელი ფილმის ჩვენების, ინტეგრირებული ოპტიკისა და სხვა სფეროების მნიშვნელოვანი ნაწილია.

ნანოლაზერის კლასიფიკაცია:

1. ნანოვრის ლაზერი

2001 წელს შეერთებულ შტატებში, კალიფორნიის უნივერსიტეტის ბერკლის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა შექმნეს მსოფლიოს ყველაზე პატარა ლაზერი-ნანოლაზერები-ნანოპტიკურ მავთულზე, ადამიანის თმის სიგრძის მხოლოდ ერთი ათასით. ეს ლაზერი არამარტო ასხივებს ულტრაიისფერი ლაზერებს, არამედ შეიძლება შეეცადოს ასხივოს ლაზერები, რომლებიც ლურჯიდან ღრმა ულტრაიისფერი ხდებოდა. მკვლევარებმა გამოიყენეს სტანდარტული ტექნიკა, სახელწოდებით ორიენტირებული ეპიფჰიტაცია, ლაზერის შესაქმნელად სუფთა თუთიის ოქსიდის კრისტალებისგან. ისინი პირველად "კულტივირებულ" ნანოვირებს, ანუ წარმოიქმნება ოქროს ფენაზე, რომელსაც აქვს დიამეტრი 20 ნმ -დან 150 ნმ -მდე და სიგრძე 10,000 ნმ სუფთა თუთიის ოქსიდის მავთულხლართებით. შემდეგ, როდესაც მკვლევარებმა გააქტიურეს სუფთა თუთიის ოქსიდის კრისტალები ნანოვებში, სათბურის ქვეშ სხვა ლაზერით, სუფთა თუთიის ოქსიდის კრისტალები ასხივებდა ლაზერს, რომლის ტალღის სიგრძე მხოლოდ 17 ნმ. ამგვარი ნანოლაზერების საბოლოოდ გამოყენება შესაძლებელია ქიმიკატების იდენტიფიცირებისა და კომპიუტერული დისკებისა და ფოტონური კომპიუტერების ინფორმაციის შენახვის შესაძლებლობების გასაუმჯობესებლად.

2. ულტრაიისფერი ნანოლაზერი

მიკრო-ლაზერების, მიკრო-დისკის ლაზერების, მიკრო რგოლის ლაზერების და კვანტური ზვავის ლაზერების, ქიმიკოს იანგ პიდონგის და მისი კოლეგების მოსვლის შემდეგ, კალიფორნიის უნივერსიტეტში, ბერკლი, ქმნიან ოთახის ტემპერატურულ ნანოლაზებს. ამ თუთიის ოქსიდის ნანოლაზერს შეუძლია ლაზერის ასხივება 0.3 ნმ -ზე ნაკლები ხაზით და 385 ნმ ტალღის სიგრძით მსუბუქი აგზნების ქვეშ, რომელიც ითვლება მსოფლიოში ყველაზე პატარა ლაზერად და ნანოტექნოლოგიის გამოყენებით წარმოებული ერთ - ერთი პირველი პრაქტიკული მოწყობილობა. განვითარების საწყის ეტაპზე, მკვლევარებმა იწინასწარმეტყველეს, რომ ეს ZnO ნანოლაზერი მარტივია წარმოება, მაღალი სიკაშკაშე, მცირე ზომა და შესრულება ტოლია ან თუნდაც უკეთესია, ვიდრე gan ლურჯი ლაზერები. მაღალი სიმკვრივის ნანოვირის მასივების შექმნის უნარის გამო, ZnO Nanolasers- ს შეუძლია შეიტანოს მრავალი პროგრამა, რომელიც შეუძლებელია დღევანდელი GAAS მოწყობილობებით. ასეთი ლაზერების გასაზრდელად, ZnO Nanowire სინთეზირდება გაზის ტრანსპორტის მეთოდით, რომელიც კატალიზაციას ახდენს ეპიტაქსიური ბროლის ზრდას. პირველი, საფირონის სუბსტრატი დაფარულია 1 ნმ ~ ~ 3.5 ნმ სისქის ოქროს ფილმის ფენით, შემდეგ კი ალუმინის ნავზე განათავსეთ, მასალა და სუბსტრატი თბება 880 ° C ~ 905 ° C ამიონის ნაკადში Zn ორთქლის წარმოებისთვის, შემდეგ კი ZN ორთქლი გადაიტანება სუბსტრატში. 2μM ~ 10μM ნანოვარები ექვსკუთხა განივი ფართობით შეიქმნა 2min ~ 10min ზრდის პროცესში. მკვლევარებმა დაადგინეს, რომ ZnO Nanowire ქმნის ბუნებრივ ლაზერულ ღრუში, რომლის დიამეტრი 20NM- დან 150 ნმ -მდეა, ხოლო მისი დიამეტრის უმეტესობა (95%) არის 70 ნმ -დან 100 ნმ -მდე. ნანოვების სტიმულირებული ემისიის შესასწავლად, მკვლევარებმა ოპტიკურად შეიტანეს ნიმუში სათბურში, ND: YAG ლაზერის მეოთხე ჰარმონიული გამომუშავებით (266nm ტალღის სიგრძე, 3NS პულსის სიგანე). ემისიის სპექტრის ევოლუციის დროს, შუქი იძირება ტუმბოს ენერგიის ზრდით. როდესაც ლაზინგი აღემატება ZnO Nanowire- ის ზღურბლს (დაახლოებით 40 კგ/სმ), ყველაზე მაღალი წერტილი გამოჩნდება ემისიის სპექტრში. ამ უმაღლესი წერტილების ხაზის სიგანე ნაკლებია 0.3 ნმ -ზე, რაც 1/50 -ზე მეტია, ვიდრე ხაზის სიგანეზე, ემისიის ვერტიკალიდან, ბარიერის ქვემოთ. ამ ვიწრო ხაზები და ემისიის ინტენსივობის სწრაფი ზრდა მკვლევარებმა დაასკვნეს, რომ სტიმულირებული ემისია მართლაც ხდება ამ ნანოებში. ამრიგად, ეს ნანოვირის მასივი შეიძლება იმოქმედოს როგორც ბუნებრივი რეზონატორი და, ამრიგად, გახდეს იდეალური მიკრო ლაზერული წყარო. მკვლევარებმა თვლიან, რომ ამ მოკლე ტალღის სიგრძის ნანოლაზერის გამოყენება შესაძლებელია ოპტიკური გამოთვლების, ინფორმაციის შენახვისა და ნანოანალიზატორის სფეროებში.

3. კვანტური კარგად ლაზერები

2010 წლის დაწყებამდე და შემდეგ, ნახევარგამტარული ჩიპზე ჩაფლული ხაზის სიგანე მიაღწევს 100 ნმ ან ნაკლებს, ხოლო წრეში მხოლოდ რამდენიმე ელექტრონი მოძრაობს, ხოლო ელექტრონის გაზრდა და დაქვეითება დიდ გავლენას მოახდენს მიკროსქემის მოქმედებაზე. ამ პრობლემის გადასაჭრელად, Quantum Well Lasers დაიბადა. კვანტურ მექანიკაში, პოტენციურ ველს, რომელიც ზღუდავს ელექტრონების მოძრაობას და მათ რაოდენობრივად, ეწოდება კვანტურ ჭაბურღილს. ეს კვანტური შეზღუდვა გამოიყენება კვანტური ენერგიის დონის შესაქმნელად ნახევარგამტარული ლაზერის აქტიურ ფენაში, ისე, რომ ელექტრონული გადასვლა ენერგიის დონეს შორის დომინირებს ლაზერის აღფრთოვანებულ გამოსხივებაზე, რომელიც კვანტური ჭაბურღილის ლაზერია. კვანტური ჭაბურღილის ლაზერების ორი ტიპი არსებობს: კვანტური ხაზის ლაზერები და კვანტური წერტილოვანი ლაზერები.

① კვანტური ხაზის ლაზერი

მეცნიერებმა შეიმუშავეს კვანტური მავთულის ლაზერები, რომლებიც 1000 -ჯერ უფრო ძლიერია, ვიდრე ტრადიციული ლაზერები, დიდი ნაბიჯით გადადგმული ნაბიჯებით და საკომუნიკაციო მოწყობილობების შესაქმნელად. ლაზერმა, რომელსაც შეუძლია გაზარდოს აუდიო, ვიდეო, ინტერნეტი და კომუნიკაციის სხვა ფორმები ბოჭკოვანი ქსელების მიმართ, შეიმუშავეს იელის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა, ნიუ ჯერსის ლუცენტ ტექნოლოგიებმა Bell Labs და გერმანიის დრეზდენში მაქსიმალური პლანკის ინსტიტუტმა. ეს უფრო მაღალი სიმძლავრის ლაზერები შეამცირებენ ძვირადღირებული გამეორების საჭიროებას, რომლებიც დამონტაჟებულია ყოველ 80 კმ (50 მილი) გასწვრივ საკომუნიკაციო ხაზის გასწვრივ, კვლავ აწარმოებს ლაზერული პულსიები, რომლებიც ნაკლებად ინტენსიურია, რადგან ისინი ბოჭკოვანი გზით მოგზაურობენ (განმეორებით).