El nanoláser es un tipo de micro y nanodispositivo fabricado con nanomateriales, como nanoalambres, que actúa como resonador y puede emitir láser mediante fotoexcitación o excitación eléctrica. El tamaño de este láser suele ser de tan solo cientos o incluso decenas de micras, y su diámetro alcanza el orden nanométrico, lo que lo convierte en un componente importante de las futuras pantallas de película delgada, la óptica integrada y otros campos.
Clasificación del nanoláser:
1. Láser de nanocables
En 2001, investigadores de la Universidad de California, Berkeley, Estados Unidos, crearon el láser más pequeño del mundo (nanoláseres) en un cable nanoóptico de tan solo una milésima parte de la longitud de un cabello humano. Este láser no solo emite rayos ultravioleta, sino que también puede ajustarse para emitir rayos que van desde el azul hasta el ultravioleta profundo. Los investigadores emplearon una técnica estándar llamada epifitación orientada para crear el láser a partir de cristales de óxido de zinc puro. Primero, "cultivaron" nanoalambres, es decir, formados sobre una capa de oro con un diámetro de 20 nm a 150 nm y una longitud de 10 000 nm de cables de óxido de zinc puro. Luego, cuando los investigadores activaron los cristales de óxido de zinc puro en los nanoalambres con otro láser bajo el invernadero, los cristales de óxido de zinc puro emitieron un láser con una longitud de onda de tan solo 17 nm. Estos nanoláseres podrían utilizarse con el tiempo para identificar sustancias químicas y mejorar la capacidad de almacenamiento de información de los discos de ordenador y los ordenadores fotónicos.
2. Nanoláser ultravioleta
Tras la aparición de los microláseres, los láseres de microdisco, los láseres de microanillo y los láseres de avalancha cuántica, el químico Yang Peidong y sus colegas de la Universidad de California, Berkeley, crearon nanoláseres a temperatura ambiente. Este nanoláser de óxido de zinc puede emitir un láser con un ancho de línea inferior a 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 utilizando nanotecnología. En la etapa inicial de desarrollo, los investigadores predijeron que este nanoláser de ZnO es fácil de fabricar, de alto brillo, de tamaño pequeño y con un rendimiento igual o incluso mejor que los láseres azules de GaN. Debido a la capacidad de crear matrices de nanocables de alta densidad, los nanoláseres de ZnO pueden entrar en muchas aplicaciones que no son posibles con los dispositivos de GaAs actuales. Para cultivar estos láseres, se sintetizan nanocables de ZnO mediante el método de transporte de gas que cataliza el crecimiento de cristales epitaxiales. Español: Primero, el sustrato de zafiro se recubre con una capa de película de oro de 1 nm ~ 3,5 nm de espesor, y luego se coloca en un barco de alúmina, el material y el sustrato se calientan a 880 ° C ~ 905 ° C en el flujo de amoníaco para producir vapor de Zn, y luego el vapor de Zn se transporta al sustrato. Se generaron nanocables de 2 μm ~ 10 μm con área de sección transversal hexagonal en el proceso de crecimiento de 2 min ~ 10 min. Los investigadores encontraron que el nanocable de ZnO forma una cavidad láser natural con un diámetro de 20 nm a 150 nm, y la mayor parte (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 salida del cuarto armónico de un láser Nd:YAG (longitud de onda de 266 nm, ancho de pulso de 3 ns). Durante la evolución del espectro de emisión, la luz se lamed con el aumento de la potencia de bombeo. Cuando la emisión láser supera el umbral del nanohilo de ZnO (aproximadamente 40 kW/cm), aparece el punto más alto en el espectro de emisión. El ancho de línea de estos puntos más altos es inferior a 0,3 nm, lo que equivale a más de 1/50 menor que el ancho de línea del vértice de emisión por debajo del umbral. Estos anchos de línea estrechos y los rápidos aumentos en la intensidad de la emisión llevaron a los investigadores a concluir que la emisión estimulada se produce efectivamente en estos nanohilos. Por lo tanto, este conjunto de nanohilos puede actuar como un resonador natural y, por lo tanto, convertirse en una fuente ideal de microláser. Los investigadores creen que este nanoláser de longitud de onda corta puede utilizarse en los campos de la computación óptica, el almacenamiento de información y los nanoanalizadores.
3. Láseres de pozo cuántico
Antes y después de 2010, el ancho de línea grabado en el chip semiconductor alcanzaba los 100 nm o menos, y solo había unos pocos electrones moviéndose en el circuito. El aumento o la disminución de un electrón tenía un gran impacto en el funcionamiento del circuito. Para resolver este problema, nacieron los láseres de pozo cuántico. En mecánica cuántica, un campo de potencial que restringe el movimiento de los electrones y los cuantiza se denomina pozo cuántico. Esta restricción cuántica se utiliza para formar niveles de energía cuánticos 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. Existen dos tipos de láseres de pozo cuántico: láseres de línea cuánticos y láseres de punto cuánticos.
① Láser de línea cuántica
Los científicos han desarrollado láseres cuánticos de hilo 1000 veces más potentes que los láseres tradicionales, lo que supone un gran paso hacia la creación de ordenadores y dispositivos de comunicación más rápidos. El láser, que puede aumentar la velocidad del audio, el vídeo, Internet y otras formas de comunicación a través de redes de fibra óptica, fue desarrollado por científicos de la Universidad de Yale, Lucent Technologies Bell LABS en Nueva Jersey y el Instituto Max Planck de Física en Dresde, Alemania. Estos láseres de mayor potencia reducirían la necesidad de costosos repetidores, que se instalan cada 80 km (50 millas) a lo largo de la línea de comunicación y producen pulsos láser menos intensos a medida que viajan por la fibra (repetidores).
Hora de publicación: 15 de junio de 2023