Nanolaser je vrsta mikro i nano uređaja koji je napravljen od nanomaterijala kao što je nanožica kao rezonator i može emitirati laser pod fotoekscitacijom ili električnom ekscitacijom. Veličina ovog lasera često je samo stotine mikrona ili čak deseci mikrona, a promjer je do nanometarskog reda, što je važan dio budućeg tankog filma, integrirane optike i drugih područja.
Klasifikacija nanolasera:
1. Laser s nanožicom
Godine 2001. istraživači sa kalifornijskog sveučilišta Berkeley u Sjedinjenim Američkim Državama stvorili su najmanji laser na svijetu – nanolasere – na nanooptičkoj žici dugačkoj samo jednu tisućinku duljine ljudske vlasi. Ovaj laser ne samo da emitira ultraljubičaste lasere, već se također može podesiti da emitira lasere u rasponu od plavog do dubokog ultraljubičastog. Istraživači su koristili standardnu tehniku zvanu usmjerena epifitacija kako bi stvorili laser od kristala čistog cinkovog oksida. Prvo su "uzgojili" nanožice, odnosno formirane na zlatnom sloju promjera od 20 nm do 150 nm i duljine 10 000 nm žice čistog cink-oksida. Zatim, kada su istraživači aktivirali kristale čistog cinkovog oksida u nanožicama drugim laserom ispod staklenika, kristali čistog cinkovog oksida emitirali su laser valne duljine od samo 17 nm. Takvi nanolaseri mogli bi se eventualno koristiti za identifikaciju kemikalija i poboljšanje kapaciteta pohrane informacija računalnih diskova i fotoničkih računala.
2. Ultraljubičasti nanolaser
Nakon pojave mikro-lasera, mikro-disk lasera, mikro-prstenastih lasera i kvantnih lavinskih lasera, kemičar Yang Peidong i njegovi kolege sa Sveučilišta Kalifornija, Berkeley, napravili su nanolasere sobne temperature. Ovaj nanolaser s cinkovim oksidom može emitirati laser širine linije manje od 0,3 nm i valne duljine od 385 nm pod svjetlosnom ekscitacijom, što se smatra najmanjim laserom na svijetu i jednim od prvih praktičnih uređaja proizvedenih pomoću nanotehnologije. U početnoj fazi razvoja, istraživači su predvidjeli da je ovaj ZnO nanolaser jednostavan za proizvodnju, visoke svjetline, male veličine, a performanse su jednake ili čak bolje od GaN plavih lasera. Zbog mogućnosti izrade nizova nanožica visoke gustoće, ZnO nanolaseri mogu ući u mnoge primjene koje nisu moguće s današnjim GaAs uređajima. Za uzgoj takvih lasera, ZnO nanožica se sintetizira metodom transporta plina koja katalizira epitaksijalni rast kristala. Najprije se safirna podloga obloži slojem zlatnog filma debljine 1 nm ~ 3,5 nm, a zatim se stavi na aluminijev čamac, materijal i podloga se zagriju na 880 °C ~905 °C u struji amonijaka da se proizvede Zn para, a zatim se Zn para transportira do podloge. Nanožice od 2 μm ~ 10 μm s površinom heksagonalnog poprečnog presjeka generirane su u procesu rasta od 2 min ~ 10 min. Istraživači su otkrili da ZnO nanožica tvori prirodnu lasersku šupljinu promjera od 20 nm do 150 nm, a većina (95%) njezinog promjera je od 70 nm do 100 nm. Kako bi proučili stimuliranu emisiju nanožica, istraživači su optički pumpali uzorak u stakleniku s izlazom četvrtog harmonika Nd:YAG lasera (valna duljina 266 nm, širina impulsa 3 ns). Tijekom evolucije spektra emisije, svjetlost se smanjuje s povećanjem snage pumpe. Kada laser prijeđe prag ZnO nanožice (oko 40kW/cm), najviša točka će se pojaviti u spektru emisije. Širina linije ovih najviših točaka manja je od 0,3 nm, što je više od 1/50 manje od širine linije od vrha emisije ispod praga. Ove uske širine linija i brzi porast intenziteta emisije doveli su istraživače do zaključka da se stimulirana emisija doista pojavljuje u ovim nanožicama. Stoga ovaj niz nanožica može djelovati kao prirodni rezonator i tako postati idealan izvor mikro lasera. Istraživači vjeruju da se ovaj nanolaser kratke valne duljine može koristiti u poljima optičkog računalstva, pohrane informacija i nanoanalizatora.
3. Laseri s kvantnim jažinama
Prije i poslije 2010., širina linije urezane na poluvodičkom čipu doseći će 100 nm ili manje, i bit će samo nekoliko elektrona koji će se kretati u krugu, a povećanje i smanjenje elektrona imat će veliki utjecaj na rad strujni krug. Kako bi se riješio ovaj problem, rođeni su laseri s kvantnim jažinama. U kvantnoj mehanici potencijalno polje koje ograničava gibanje elektrona i kvantizira ih naziva se kvantna jama. Ovo kvantno ograničenje koristi se za formiranje kvantnih energetskih razina u aktivnom sloju poluvodičkog lasera, tako da elektronički prijelaz između energetskih razina dominira pobuđenim zračenjem lasera, koji je laser s kvantnom jamom. Postoje dvije vrste lasera s kvantnim jažinama: laseri s kvantnim linijama i laseri s kvantnim točkama.
① Kvantni linijski laser
Znanstvenici su razvili kvantne žičane lasere koji su 1000 puta snažniji od tradicionalnih lasera, čineći veliki korak prema stvaranju bržih računala i komunikacijskih uređaja. Laser, koji može povećati brzinu zvuka, videa, interneta i drugih oblika komunikacije preko mreža optičkih vlakana, razvili su znanstvenici sa Sveučilišta Yale, Lucent Technologies Bell LABS u New Jerseyu i Instituta Max Planck za fiziku u Dresdenu, Njemačka. Ovi laseri veće snage smanjili bi potrebu za skupim repetitorima, koji se postavljaju svakih 80 km (50 milja) duž komunikacijske linije, opet proizvodeći laserske impulse koji su manjeg intenziteta dok putuju kroz vlakno (repetitori).
Vrijeme objave: 15. lipnja 2023