Nanolaser es una especie de micro y nano dispositivo que está hecho de nanomateriales como el nanocable como resonador y puede emitir láser bajo fotoexcitación o excitación eléctrica. El tamaño de este láser a menudo es solo cientos de micras o incluso decenas de micras, y el diámetro está a la altura del orden nanométrico, que es una parte importante de la exhibición de película delgada futura, óptica integrada y otros campos.
Clasificación de Nanolaser:
1. Láser de nanocables
En 2001, los investigadores de la Universidad de California, Berkeley, en los Estados Unidos, crearon el láser más pequeño del mundo, Nanolasers, en el cable nanooptico, solo una milésima parte de la longitud de un cabello humano. Este láser no solo emite láseres ultravioleta, sino que también se puede ajustar para emitir láseres que van desde azul hasta ultravioleta profundo. Los investigadores utilizaron una técnica estándar llamada epifitación orientada para crear el láser a partir de cristales de óxido de zinc puro. Primero "cultivaron" nanocables, es decir, se forman en una capa de oro con un diámetro de 20 nm a 150 nm y una longitud de alambres de óxido de zinc puro 10,000 nm. Luego, cuando los investigadores activaron los cristales de óxido de zinc puro en los nanocables con otro láser debajo del invernadero, los cristales de óxido de zinc puro emitieron un láser con una longitud de onda de solo 17 nm. Dichos nanolasers podrían usarse eventualmente para identificar productos químicos y mejorar la capacidad de almacenamiento de información de los discos informáticos y las computadoras fotónicas.
2. Nanolaser ultravioleta
Tras el advenimiento de micro-láseres, láseres de micro-disco, láseres de micro-ring y láseres de avalancha cuántica, el químico Yang Peidong y sus colegas en la Universidad de California, Berkeley, hicieron nanolasers de temperatura ambiente. Este nanolaser de óxido de zinc puede emitir un láser con un ancho de línea de menos de 0.3 nm y una longitud de onda de 385 nm bajo excitación de luz, que se considera el láser más pequeño del mundo y uno de los primeros dispositivos prácticos fabricados con nanotecnología. En la etapa inicial de desarrollo, los investigadores predijeron que este nanolaser de ZnO es fácil de fabricar, alto brillo, pequeño tamaño, y el rendimiento es igual o incluso mejor que los láseres de Azul Gan. Debido a la capacidad de realizar matrices de nanocables de alta densidad, los nanolasers de ZnO pueden ingresar muchas aplicaciones que no son posibles con los dispositivos GaAs actuales. Para cultivar tales láseres, el nanocable ZnO se sintetiza mediante el método de transporte de gas que cataliza el crecimiento de cristal epitaxial. Primero, el sustrato de zafiro está recubierto con una capa de película de oro de 1 nm ~ 3.5 nm de espesor, y luego lo coloca en un bote de alúmina, el material y el sustrato se calientan a 880 ° C ~ 905 ° C en el flujo de amoníaco para producir vapor Zn, y luego el vapor ZN se transporta al sustrato. Los nanocables de 2 μm ~ 10 μm con un área de sección transversal hexagonal se generaron en el proceso de crecimiento de 2 minutos ~ 10 minutos. Los investigadores encontraron que el nanocable ZnO forma una cavidad láser natural con un diámetro de 20 nm a 150 nm, y la mayoría (95%) de su diámetro es de 70 nm a 100 nm. Para estudiar la emisión estimulada de los nanocables, los investigadores bombearon ópticamente la muestra en un invernadero con la cuarta salida armónica de un láser YAG (longitud de onda de 266 nm, ancho de pulso 3ns). Durante la evolución del espectro de emisión, la luz se lanza con el aumento de la potencia de la bomba. Cuando el láser excede el umbral de nanocable ZnO (aproximadamente 40kW/cm), el punto más alto aparecerá en el espectro de emisión. El ancho de línea de estos puntos más altos es inferior a 0.3 nm, que es más de 1/50 menos que el ancho de la línea del vértice de emisión por debajo del umbral. Estos anchos de línea estrechos y los rápidos aumentos en la intensidad de emisión llevaron a los investigadores a concluir que la emisión estimulada de hecho ocurre en estos nanocables. Por lo tanto, esta matriz de nanocables puede actuar como un resonador natural y, por lo tanto, convertirse en una fuente de micro láser ideal. Los investigadores creen que este nanolaser de longitud de onda corta puede usarse en los campos de la computación óptica, el almacenamiento de información y el nanoanalizador.
3. Láser de pozo cuántico
Antes y después de 2010, el ancho de línea grabado en el chip de semiconductores alcanzará 100 nm o menos, y solo habrá unos pocos electrones en el circuito, y el aumento y disminución de un electrón tendrá un gran impacto en el funcionamiento del circuito. Para resolver este problema, nacieron láseres de pozos cuánticos. En la mecánica cuántica, un campo potencial que limita el movimiento de los electrones y los cuantifica se llama pozo cuántico. Esta restricción cuántica se usa para formar niveles de energía cuántica en la capa activa del láser semiconductor, de modo que la transición electrónica entre los niveles de energía domina la radiación excitada del láser, que es un láser de pozo cuántico. Hay dos tipos de láseres de pozos cuánticos: láseres de línea cuántica y láseres de puntos cuánticos.
① Láser de línea cuántica
Los científicos han desarrollado láseres de alambre cuántico que son 1,000 veces más potentes que los láseres tradicionales, dando un gran paso hacia la creación de computadoras y dispositivos de comunicación más rápidos. El láser, que puede aumentar la velocidad de audio, video, Internet y otras formas de comunicación sobre redes de fibra óptica, fue desarrollada por científicos de la Universidad de Yale, Lucent Technologies Bell Labs en Nueva Jersey y el Instituto Max Planck de Física en Dresden, Alemania. Estos láseres de mayor potencia reducirían la necesidad de repetidores costosos, que se instalan cada 80 km (50 millas) a lo largo de la línea de comunicación, produciendo nuevamente pulsos láser que son menos intensos a medida que viajan a través de la fibra (repetidores).
Tiempo de publicación: jun-15-2023