Nanolaser ແມ່ນປະເພດຂອງອຸປະກອນຈຸນລະພາກແລະ nano ທີ່ເຮັດຈາກ nanomaterials ເຊັ່ນ nanowire ເປັນ resonator ແລະສາມາດ emit laser ພາຍໃຕ້ການ photoexcitation ຫຼືການກະຕຸ້ນໄຟຟ້າ. ຂະຫນາດຂອງເລເຊີນີ້ມັກຈະມີພຽງແຕ່ຫຼາຍຮ້ອຍ microns ຫຼືແມ້ກະທັ້ງສິບ microns, ແລະເສັ້ນຜ່າສູນກາງແມ່ນຂຶ້ນກັບຄໍາສັ່ງ nanometer, ເຊິ່ງເປັນສ່ວນຫນຶ່ງທີ່ສໍາຄັນຂອງການສະແດງຮູບເງົາບາງໃນອະນາຄົດ, optics ປະສົມປະສານແລະຂົງເຂດອື່ນໆ.
ການຈັດປະເພດຂອງ nanolaser:
1. Nanowire laser
ໃນປີ 2001, ນັກຄົ້ນຄວ້າທີ່ມະຫາວິທະຍາໄລຄາລິຟໍເນຍ, ເບີກລີ, ສະຫະລັດອາເມລິກາ, ໄດ້ສ້າງເລເຊີທີ່ນ້ອຍທີ່ສຸດໃນໂລກ - nanolaser - ຢູ່ເທິງສາຍ nanooptic ພຽງແຕ່ຫນຶ່ງພັນຂອງຄວາມຍາວຂອງຜົມຂອງມະນຸດ. ເລເຊີນີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ປ່ອຍແສງເລເຊີ ultraviolet ເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງສາມາດຖືກປັບໃຫ້ປ່ອຍແສງເລເຊີຕັ້ງແຕ່ສີຟ້າເຖິງ ultraviolet ເລິກ. ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ນໍາໃຊ້ເຕັກນິກມາດຕະຖານທີ່ເອີ້ນວ່າ epiphytation ຮັດກຸມເພື່ອສ້າງ laser ຈາກໄປເຊຍກັນສັງກະສີອອກໄຊບໍລິສຸດ. ທໍາອິດພວກເຂົາ "ປູກຝັງ" nanowires, ນັ້ນແມ່ນ, ສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໃນຊັ້ນຄໍາທີ່ມີເສັ້ນຜ່າກາງ 20nm ຫາ 150nm ແລະຄວາມຍາວຂອງສາຍ zinc oxide ບໍລິສຸດ 10,000 nm. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ໃນເວລາທີ່ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ເປີດໃຊ້ໄປເຊຍກັນສັງກະສີອອກໄຊບໍລິສຸດໃນ nanowires ດ້ວຍເລເຊີອື່ນພາຍໃຕ້ເຮືອນແກ້ວ, ໄປເຊຍກັນສັງກະສີອອກໄຊບໍລິສຸດປ່ອຍແສງເລເຊີທີ່ມີຄວາມຍາວພຽງແຕ່ 17nm. nanolasers ດັ່ງກ່າວໃນທີ່ສຸດສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອກໍານົດສານເຄມີແລະປັບປຸງຄວາມສາມາດໃນການເກັບຮັກສາຂໍ້ມູນຂອງແຜ່ນຄອມພິວເຕີແລະຄອມພິວເຕີ photonic.
2. Ultraviolet nanolaser
ຫຼັງຈາກການມາເຖິງຂອງ micro-lasers, micro-disk lasers, micro-ring lasers, ແລະ quantum avalanche lasers, ນັກເຄມີສາດ Yang Peidong ແລະເພື່ອນຮ່ວມງານຂອງລາວຢູ່ມະຫາວິທະຍາໄລຄາລິຟໍເນຍ, Berkeley, ໄດ້ຜະລິດ nanolasers ອຸນຫະພູມຫ້ອງ. nanolaser ສັງກະສີອອກໄຊນີ້ສາມາດປ່ອຍເລເຊີທີ່ມີຄວາມກວ້າງຂອງເສັ້ນຫນ້ອຍກວ່າ 0.3nm ແລະຄວາມຍາວຂອງຄື້ນ 385nm ພາຍໃຕ້ການກະຕຸ້ນແສງສະຫວ່າງ, ເຊິ່ງຖືວ່າເປັນເລເຊີທີ່ນ້ອຍທີ່ສຸດໃນໂລກແລະເປັນຫນຶ່ງໃນອຸປະກອນປະຕິບັດທໍາອິດທີ່ຜະລິດໂດຍໃຊ້ nanotechnology. ໃນຂັ້ນຕອນເບື້ອງຕົ້ນຂອງການພັດທະນາ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ຄາດຄະເນວ່າ nanolaser ZnO ນີ້ແມ່ນງ່າຍຕໍ່ການຜະລິດ, ຄວາມສະຫວ່າງສູງ, ຂະຫນາດນ້ອຍ, ແລະປະສິດທິພາບແມ່ນເທົ່າກັບຫຼືດີກວ່າ lasers ສີຟ້າ GaN. ເນື່ອງຈາກຄວາມສາມາດໃນການເຮັດອາເລ nanowire ທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງ, ZnO nanolasers ສາມາດເຂົ້າໄປໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຈໍານວນຫຼາຍທີ່ເປັນໄປບໍ່ໄດ້ກັບອຸປະກອນ GaAs ໃນມື້ນີ້. ເພື່ອການຂະຫຍາຍຕົວ lasers ດັ່ງກ່າວ, ZnO nanowire ຖືກສັງເຄາະໂດຍວິທີການຂົນສົ່ງອາຍແກັສທີ່ catalyzes ການຂະຫຍາຍຕົວໄປເຊຍກັນ epitaxial. ຫນ້າທໍາອິດ, substrate sapphire ໄດ້ຖືກເຄືອບດ້ວຍຊັ້ນຂອງ 1 nm ~ 3.5nm ຮູບເງົາຄໍາຫນາ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນເອົາໃສ່ໃນເຮືອ alumina, ວັດສະດຸແລະ substrate ໄດ້ໃຫ້ຄວາມຮ້ອນເຖິງ 880 ° C ~ 905 ° C ໃນການໄຫຼ ammonia ເພື່ອຜະລິດ. ອາຍ Zn, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນໄອນ້ໍາ Zn ຖືກສົ່ງໄປຫາ substrate. Nanowires ຂອງ 2μm ~ 10μm ທີ່ມີພື້ນທີ່ຕັດ hexagonal ໄດ້ຖືກສ້າງຂຶ້ນໃນຂະບວນການການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ 2min ~ 10min. ນັກຄົ້ນຄວ້າພົບວ່າ ZnO nanowire ປະກອບເປັນຮູເລເຊີທໍາມະຊາດທີ່ມີເສັ້ນຜ່າກາງ 20nm ຫາ 150nm, ແລະສ່ວນໃຫຍ່ (95%) ຂອງເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງມັນແມ່ນ 70nm ຫາ 100nm. ເພື່ອສຶກສາການກະຕຸ້ນການປ່ອຍອາຍພິດຂອງ nanowires, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ເອົາຕົວຢ່າງ optically pumped ໃນເຮືອນແກ້ວທີ່ມີຜົນຜະລິດປະສົມກົມກຽວທີ່ສີ່ຂອງເລເຊີ Nd:YAG (266nm wavelength, 3ns pulse width). ໃນລະຫວ່າງການວິວັຖນາການຂອງ spectrum ການປ່ອຍອາຍພິດ, ແສງສະຫວ່າງແມ່ນ lamed ກັບການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງພະລັງງານ pump ໄດ້. ໃນເວລາທີ່ lasing ເກີນຂອບເຂດຂອງ ZnO nanowire (ປະມານ 40kW / cm), ຈຸດສູງສຸດຈະປາກົດຢູ່ໃນ spectrum ການປ່ອຍອາຍພິດ. ຄວາມກວ້າງຂອງເສັ້ນຂອງຈຸດສູງສຸດເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນຫນ້ອຍກວ່າ 0.3nm, ເຊິ່ງມີຫຼາຍກ່ວາ 1/50 ຫນ້ອຍກວ່າຄວາມກວ້າງຂອງເສັ້ນຈາກ vertex ການປ່ອຍອາຍພິດຕ່ໍາກວ່າຂອບເຂດ. ຄວາມກວ້າງຂອງເສັ້ນແຄບເຫຼົ່ານີ້ແລະການເພີ່ມຂື້ນຢ່າງໄວວາໃນຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງການປ່ອຍອາຍພິດເຮັດໃຫ້ນັກຄົ້ນຄວ້າສະຫຼຸບວ່າການປ່ອຍອາຍພິດທີ່ຖືກກະຕຸ້ນເກີດຂື້ນຢ່າງແທ້ຈິງຢູ່ໃນ nanowires ເຫຼົ່ານີ້. ເພາະສະນັ້ນ, array nanowire ນີ້ສາມາດເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນ resonator ທໍາມະຊາດແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງກາຍເປັນແຫຼ່ງ micro laser ທີ່ເຫມາະສົມ. ນັກຄົ້ນຄວ້າເຊື່ອວ່າ nanolaser ຄວາມຍາວສັ້ນນີ້ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ໃນດ້ານຄອມພິວເຕີ້ optical, ການເກັບຮັກສາຂໍ້ມູນແລະ nanoanalyzer.
3. Quantum well lasers
ກ່ອນ ແລະຫຼັງປີ 2010, ຄວາມກວ້າງຂອງເສັ້ນທີ່ຕິດຢູ່ໃນຊິບ semiconductor ຈະບັນລຸເຖິງ 100nm ຫຼືໜ້ອຍກວ່າ, ແລະຈະມີອິເລັກໂທຣນິກໜ້ອຍໜຶ່ງທີ່ເຄື່ອນຍ້າຍໃນວົງຈອນ, ແລະການເພີ່ມ ແລະ ຫຼຸດຂອງເອເລັກໂຕຣນິກຈະມີຜົນກະທົບອັນໃຫຍ່ຫຼວງຕໍ່ການເຮັດວຽກຂອງເຄື່ອງໄຟຟ້າ. ວົງຈອນ. ເພື່ອແກ້ໄຂບັນຫານີ້, lasers ດີ quantum ໄດ້ເກີດມາ. ໃນກົນຈັກ quantum, ພາກສະຫນາມທີ່ມີທ່າແຮງທີ່ຈໍາກັດການເຄື່ອນໄຫວຂອງເອເລັກໂຕຣນິກແລະ quantizes ພວກມັນຖືກເອີ້ນວ່າ quantum well. ຂໍ້ຈໍາກັດຂອງ quantum ນີ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສ້າງລະດັບພະລັງງານ quantum ໃນຊັ້ນການເຄື່ອນໄຫວຂອງ laser semiconductor, ດັ່ງນັ້ນການຫັນປ່ຽນເອເລັກໂຕຣນິກລະຫວ່າງລະດັບພະລັງງານ dominates radiation ຕື່ນເຕັ້ນຂອງ laser ໄດ້, ຊຶ່ງເປັນ laser quantum ດີ. ມີສອງປະເພດຂອງເລເຊີ quantum ດີ: lasers ເສັ້ນ quantum ແລະ quantum dot lasers.
① ເລເຊີເສັ້ນ Quantum
ນັກວິທະຍາສາດໄດ້ພັດທະນາ lasers ສາຍ quantum ທີ່ມີອໍານາດຫຼາຍກ່ວາ lasers ແບບດັ້ງເດີມ 1,000 ເທົ່າ, ໄດ້ກ້າວໄປສູ່ການສ້າງຄອມພິວເຕີແລະອຸປະກອນການສື່ສານທີ່ໄວຂຶ້ນ. ເລເຊີ, ເຊິ່ງສາມາດເພີ່ມຄວາມໄວຂອງສຽງ, ວິດີໂອ, ອິນເຕີເນັດແລະຮູບແບບອື່ນໆຂອງການສື່ສານຜ່ານເຄືອຂ່າຍໃຍແກ້ວນໍາແສງໄດ້ພັດທະນາໂດຍນັກວິທະຍາສາດທີ່ມະຫາວິທະຍາໄລ Yale, Lucent Technologies Bell LABS ໃນລັດນິວເຈີຊີແລະສະຖາບັນຟີຊິກ Max Planck ໃນ Dresden, ເຢຍລະມັນ. ເລເຊີທີ່ມີພະລັງງານສູງເຫຼົ່ານີ້ຈະຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບ Repeaters ທີ່ມີລາຄາແພງ, ເຊິ່ງຖືກຕິດຕັ້ງທຸກໆ 80 ກິໂລແມັດ (50 ໄມ) ຕາມສາຍການສື່ສານ, ອີກເທື່ອຫນຶ່ງການຜະລິດ laser pulses ທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຫນ້ອຍຍ້ອນວ່າພວກເຂົາເດີນທາງຜ່ານເສັ້ນໄຍ (Repeaters).
ເວລາປະກາດ: 15-06-2023