Nanolaser huwa tip ta' apparat mikro u nano li huwa magħmul minn nanomaterjali bħal nanowire bħala reżonatur u jista' jarmi laser taħt fotoeċċitazzjoni jew eċċitazzjoni elettrika. Id-daqs ta' dan il-lejżer ħafna drabi huwa biss mijiet ta' mikroni jew saħansitra għexieren ta' mikroni, u d-dijametru huwa sa l-ordni tan-nanometru, li huwa parti importanti tal-wiri tal-film irqiq tal-futur, l-ottika integrata u oqsma oħra.
Klassifikazzjoni tan-nanolaser:
1. Lejżer tan-nanowire
Fl-2001, riċerkaturi fl-Università ta’ California, Berkeley, fl-Istati Uniti, ħolqu l-iżgħar laser fid-dinja – nanolasers – fuq wajer nanoottiku li huwa biss elf parti mit-tul ta’ xagħra umana. Dan il-laser mhux biss jarmi lasers ultravjola, iżda jista’ wkoll jiġi aġġustat biex jarmi lasers li jvarjaw minn blu għal ultravjola profonda. Ir-riċerkaturi użaw teknika standard imsejħa epiphytation orjentata biex joħolqu l-laser minn kristalli puri tal-ossidu taż-żingu. L-ewwel “ikkultivaw” nanowires, jiġifieri, iffurmaw wajers puri tal-ossidu taż-żingu fuq saff tad-deheb b’dijametru ta’ 20nm sa 150nm u tul ta’ 10,000 nm. Imbagħad, meta r-riċerkaturi attivaw il-kristalli puri tal-ossidu taż-żingu fin-nanowires b’laser ieħor taħt is-serra, il-kristalli puri tal-ossidu taż-żingu emettew laser b’tul ta’ mewġa ta’ 17nm biss. Nanolasers bħal dawn eventwalment jistgħu jintużaw biex jidentifikaw kimiċi u jtejbu l-kapaċità tal-ħażna tal-informazzjoni tad-diski tal-kompjuter u l-kompjuters fotoniċi.
2. Nanolażer ultravjola
Wara l-miġja tal-mikro-lejżers, lejżers tal-mikro-diski, lejżers tal-mikro-ċrieki, u lejżers tal-valanga kwantistika, il-kimiku Yang Peidong u l-kollegi tiegħu fl-Università ta' California, Berkeley, għamlu nanolejżers f'temperatura tal-kamra. Dan in-nanolejżer tal-ossidu taż-żingu jista' jarmi lejżer b'wisa' tal-linja ta' inqas minn 0.3nm u wavelength ta' 385nm taħt eċċitazzjoni tad-dawl, li huwa kkunsidrat bħala l-iżgħar lejżer fid-dinja u wieħed mill-ewwel apparati prattiċi manifatturati bl-użu tan-nanoteknoloġija. Fl-istadju inizjali tal-iżvilupp, ir-riċerkaturi bassru li dan in-nanolejżer ZnO huwa faċli biex jiġi manifatturat, luminożità għolja, daqs żgħir, u l-prestazzjoni hija ugwali għal jew saħansitra aħjar mil-lejżers blu GaN. Minħabba l-abbiltà li jsiru matriċi ta' nanowire ta' densità għolja, in-nanolejżers ZnO jistgħu jidħlu f'ħafna applikazzjonijiet li mhumiex possibbli bl-apparati GaAs tal-lum. Sabiex jitkabbru lejżers bħal dawn, in-nanowire ZnO huwa sintetizzat permezz ta' metodu ta' trasport tal-gass li jikkatalizza t-tkabbir tal-kristalli epitassjali. L-ewwel, is-sottostrat taż-żaffir huwa miksi b'saff ta' film tad-deheb ta' ħxuna ta' 1 nm ~ 3.5nm, u mbagħad jitqiegħed fuq dgħajsa tal-alumina, il-materjal u s-sottostrat jissaħħnu sa 880 ° C ~ 905 ° C fil-fluss tal-ammonja biex jipproduċu fwar taż-Zn, u mbagħad il-fwar taż-Zn jiġi ttrasportat lejn is-sottostrat. Nanowajers ta' 2 μm ~ 10 μm b'erja trasversali eżagonali ġew iġġenerati fil-proċess ta' tkabbir ta' 2 min ~ 10 min. Ir-riċerkaturi sabu li n-nanowajer taż-ZnO jifforma kavità naturali tal-lejżer b'dijametru ta' 20 nm sa 150 nm, u l-biċċa l-kbira (95%) tad-dijametru tiegħu huwa 70 nm sa 100 nm. Biex jistudjaw l-emissjoni stimulata tan-nanowajers, ir-riċerkaturi ppumpjaw ottikament il-kampjun f'serra bir-raba' output armoniku ta' lejżer Nd: YAG (tul ta' mewġa ta' 266 nm, wisa' tal-polz ta' 3 ns). Matul l-evoluzzjoni tal-ispettru tal-emissjoni, id-dawl jiġi mċajpar biż-żieda tal-qawwa tal-pompa. Meta l-lasing jaqbeż il-limitu tan-nanowire ZnO (madwar 40kW/cm), l-ogħla punt jidher fl-ispettru tal-emissjoni. Il-wisa' tal-linja ta' dawn l-ogħla punti hija inqas minn 0.3nm, li hija aktar minn 1/50 inqas mill-wisa' tal-linja mill-vertiċi tal-emissjoni taħt il-limitu. Dawn il-wisa' tal-linji dojoq u ż-żidiet mgħaġġla fl-intensità tal-emissjoni wasslu lir-riċerkaturi biex jikkonkludu li l-emissjoni stimulata fil-fatt isseħħ f'dawn in-nanowires. Għalhekk, din il-firxa ta' nanowires tista' taġixxi bħala reżonatur naturali u b'hekk issir sors ideali ta' mikrolaser. Ir-riċerkaturi jemmnu li dan in-nanolaser b'tul ta' mewġa qasir jista' jintuża fl-oqsma tal-komputazzjoni ottika, il-ħażna tal-informazzjoni u n-nanoanalizzatur.
3. Lejżers kwantistiċi
Qabel u wara l-2010, il-wisa' tal-linja mnaqqxa fuq iċ-ċippa tas-semikondutturi se tilħaq 100nm jew inqas, u se jkun hemm biss ftit elettroni jiċċaqalqu fiċ-ċirkwit, u ż-żieda u t-tnaqqis ta' elettron se jkollhom impatt kbir fuq it-tħaddim taċ-ċirkwit. Biex tissolva din il-problema, twieldu l-lejżers kwantistiċi. Fil-mekkanika kwantistika, kamp potenzjali li jillimita l-moviment tal-elettroni u jikkwantifikahom jissejjaħ quantum well. Din ir-restrizzjoni kwantistika tintuża biex tifforma livelli ta' enerġija kwantistika fis-saff attiv tal-lejżer semikondutturi, sabiex it-tranżizzjoni elettronika bejn il-livelli ta' enerġija tiddomina r-radjazzjoni eċċitata tal-lejżer, li huwa lejżer quantum well. Hemm żewġ tipi ta' lejżers quantum well: lejżers kwantistiċi tal-linja u lejżers quantum dot.
① Lejżer tal-linja kwantistika
Xjentisti żviluppaw lejżers tal-wajer kwantiku li huma 1,000 darba aktar qawwija mil-lejżers tradizzjonali, u b’hekk ħadu pass kbir lejn il-ħolqien ta’ kompjuters u apparati ta’ komunikazzjoni aktar veloċi. Il-lejżer, li jista’ jżid il-veloċità tal-awdjo, vidjow, Internet u forom oħra ta’ komunikazzjoni fuq netwerks tal-fibra ottika, ġie żviluppat minn xjentisti fl-Università ta’ Yale, Lucent Technologies Bell LABS fi New Jersey u l-Istitut Max Planck għall-Fiżika fi Dresden, il-Ġermanja. Dawn il-lejżers ta’ qawwa ogħla jnaqqsu l-ħtieġa għal Ripetituri għaljin, li huma installati kull 80km (50 mil) tul il-linja ta’ komunikazzjoni, u għal darb’oħra jipproduċu impulsi tal-lejżer li huma inqas intensi hekk kif jivvjaġġaw mill-fibra (Ripetituri).
Ħin tal-posta: 15 ta' Ġunju 2023