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 ເພື່ອຜະລິດອາຍ Zn, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນອາຍ Zn ໄດ້ຖືກຂົນສົ່ງໄປ substrate ໄດ້. 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
ກ່ອນແລະຫຼັງປີ 2010, ຄວາມກວ້າງຂອງເສັ້ນທີ່ຕິດຢູ່ໃນຊິບ semiconductor ຈະບັນລຸເຖິງ 100nm ຫຼືຫນ້ອຍກວ່າ, ແລະຈະມີອິເລັກຕອນພຽງແຕ່ຈໍານວນຫນ້ອຍທີ່ເຄື່ອນຍ້າຍໃນວົງຈອນ, ແລະການເພີ່ມຂຶ້ນແລະຫຼຸດລົງຂອງເອເລັກໂຕຣນິກຈະມີຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ການເຮັດວຽກຂອງວົງຈອນ. 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. ເລເຊີທີ່ສາມາດເພີ່ມຄວາມໄວຂອງສຽງ, ວິດີໂອ, ອິນເຕີເນັດແລະຮູບແບບອື່ນໆຂອງການສື່ສານຜ່ານເຄືອຂ່າຍໃຍແກ້ວນໍາແສງໄດ້ຖືກພັດທະນາໂດຍນັກວິທະຍາສາດທີ່ມະຫາວິທະຍາໄລ Yale, Lucent Technologies Bell LABS ໃນນິວເຈີຊີແລະສະຖາບັນຟີຊິກ Max Planck ໃນ Dresden, ເຢຍລະມັນ. ເລເຊີທີ່ມີພະລັງງານສູງເຫຼົ່ານີ້ຈະຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບ Repeaters ທີ່ມີລາຄາແພງ, ເຊິ່ງຖືກຕິດຕັ້ງທຸກໆ 80 ກິໂລແມັດ (50 ໄມ) ຕາມສາຍການສື່ສານ, ອີກເທື່ອຫນຶ່ງການຜະລິດ laser pulses ທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຫນ້ອຍຍ້ອນວ່າພວກເຂົາເດີນທາງຜ່ານເສັ້ນໄຍ (Repeaters).
ເວລາປະກາດ: 15-06-2023