Nanolaser là một loại thiết bị micro và nano được chế tạo từ vật liệu nano như dây nano làm bộ cộng hưởng và có thể phát ra tia laser dưới sự kích thích quang hóa hoặc kích thích điện.Kích thước của tia laser này thường chỉ hàng trăm micron hoặc thậm chí hàng chục micron và đường kính lên tới cấp nanomet, đây là một phần quan trọng của màn hình màng mỏng, quang học tích hợp và các lĩnh vực khác trong tương lai.
Phân loại laser nano:
1. Laser dây nano
Năm 2001, các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Berkeley, Hoa Kỳ, đã tạo ra tia laser nhỏ nhất thế giới – tia laser nano – trên dây quang nano chỉ có chiều dài bằng một phần nghìn sợi tóc người.Loại laser này không chỉ phát ra tia laser cực tím mà còn có thể được điều chỉnh để phát ra các loại tia laser từ xanh lam đến cực tím sâu.Các nhà nghiên cứu đã sử dụng một kỹ thuật tiêu chuẩn gọi là biểu sinh định hướng để tạo ra tia laser từ tinh thể oxit kẽm nguyên chất.Đầu tiên, họ “nuôi cấy” các dây nano, nghĩa là hình thành trên một lớp vàng có đường kính từ 20nm đến 150nm và chiều dài dây oxit kẽm nguyên chất 10.000 nm.Sau đó, khi các nhà nghiên cứu kích hoạt tinh thể oxit kẽm nguyên chất trong dây nano bằng một tia laser khác trong nhà kính, các tinh thể oxit kẽm nguyên chất phát ra tia laser có bước sóng chỉ 17nm.Những máy phát laser nano như vậy cuối cùng có thể được sử dụng để xác định các hóa chất và cải thiện khả năng lưu trữ thông tin của đĩa máy tính và máy tính quang tử.
2. Laser nano cực tím
Sau sự ra đời của laser vi mô, laser vi đĩa, laser vi vòng và laser tuyết lở lượng tử, nhà hóa học Yang Peidong và các đồng nghiệp của ông tại Đại học California, Berkeley, đã chế tạo ra laser nano ở nhiệt độ phòng.Máy laser nano oxit kẽm này có thể phát ra tia laser có độ rộng vạch dưới 0,3nm và bước sóng 385nm dưới sự kích thích ánh sáng, được coi là tia laser nhỏ nhất trên thế giới và là một trong những thiết bị thực tế đầu tiên được sản xuất bằng công nghệ nano.Trong giai đoạn phát triển ban đầu, các nhà nghiên cứu dự đoán rằng loại laser nano ZnO này dễ chế tạo, độ sáng cao, kích thước nhỏ và hiệu suất tương đương hoặc thậm chí tốt hơn laser xanh GaN.Do khả năng tạo ra các mảng dây nano mật độ cao, laser nano ZnO có thể có nhiều ứng dụng mà các thiết bị GaAs ngày nay không thể thực hiện được.Để phát triển các tia laser như vậy, dây nano ZnO được tổng hợp bằng phương pháp vận chuyển khí xúc tác cho sự phát triển tinh thể epiticular.Đầu tiên, chất nền sapphire được phủ một lớp màng vàng dày 1 nm ~ 3,5nm, sau đó đặt nó lên thuyền alumina, vật liệu và chất nền được nung nóng đến 880 ° C ~ 905 ° C trong dòng amoniac để tạo ra Hơi Zn, sau đó hơi Zn được vận chuyển tới bề mặt.Các dây nano có kích thước 2μm~10μm với diện tích mặt cắt ngang hình lục giác được tạo ra trong quá trình tăng trưởng từ 2 phút ~ 10 phút.Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng dây nano ZnO tạo thành một hộp cộng hưởng laser tự nhiên có đường kính từ 20nm đến 150nm, và hầu hết (95%) đường kính của nó là 70nm đến 100nm.Để nghiên cứu sự phát xạ kích thích của dây nano, các nhà nghiên cứu đã bơm quang học mẫu trong nhà kính với công suất sóng hài thứ tư của laser Nd:YAG (bước sóng 266nm, độ rộng xung 3ns).Trong quá trình phát triển của phổ phát xạ, ánh sáng bị tắt khi tăng công suất bơm.Khi độ phát laser vượt quá ngưỡng của dây nano ZnO (khoảng 40kW/cm), điểm cao nhất sẽ xuất hiện trong phổ phát xạ.Độ rộng vạch của các điểm cao nhất này nhỏ hơn 0,3nm, nhỏ hơn hơn 1/50 so với độ rộng vạch từ đỉnh phát xạ dưới ngưỡng.Những dải truyền hẹp này và sự gia tăng nhanh chóng về cường độ phát xạ đã khiến các nhà nghiên cứu kết luận rằng sự phát xạ kích thích thực sự xảy ra ở các dây nano này.Do đó, mảng dây nano này có thể hoạt động như một bộ cộng hưởng tự nhiên và do đó trở thành nguồn laser vi mô lý tưởng.Các nhà nghiên cứu tin rằng tia laser nano bước sóng ngắn này có thể được sử dụng trong các lĩnh vực điện toán quang học, lưu trữ thông tin và máy phân tích nano.
3. Laser giếng lượng tử
Trước và sau năm 2010, độ rộng vạch khắc trên chip bán dẫn sẽ đạt 100nm trở xuống và chỉ có một số electron chuyển động trong mạch và sự tăng giảm của một electron sẽ ảnh hưởng lớn đến hoạt động của chip bán dẫn. mạch.Để giải quyết vấn đề này, laser giếng lượng tử đã ra đời.Trong cơ học lượng tử, một trường thế hạn chế chuyển động của các electron và lượng tử hóa chúng được gọi là giếng lượng tử.Ràng buộc lượng tử này được sử dụng để hình thành các mức năng lượng lượng tử trong lớp hoạt động của laser bán dẫn, sao cho sự chuyển đổi điện tử giữa các mức năng lượng chi phối bức xạ kích thích của laser, tức là laser giếng lượng tử.Có hai loại laser giếng lượng tử: laser dòng lượng tử và laser chấm lượng tử.
① Laser dòng lượng tử
Các nhà khoa học đã phát triển tia laser dây lượng tử mạnh hơn 1.000 lần so với tia laser truyền thống, thực hiện một bước tiến lớn trong việc tạo ra các máy tính và thiết bị liên lạc nhanh hơn.Tia laser có thể tăng tốc độ âm thanh, video, Internet và các hình thức liên lạc khác qua mạng cáp quang, được phát triển bởi các nhà khoa học tại Đại học Yale, Lucent Technologies Bell LABS ở New Jersey và Viện Vật lý Max Planck ở Dresden. Nước Đức.Những tia laser công suất cao hơn này sẽ làm giảm nhu cầu về các Bộ lặp đắt tiền, được lắp đặt cứ sau 80 km (50 dặm) dọc theo đường truyền thông, một lần nữa tạo ra các xung laser ít cường độ hơn khi chúng truyền qua sợi quang (Bộ lặp).
Thời gian đăng: 15-06-2023