El nanoláser es un tipo de dispositivo micro y nano que está hecho de nanomateriales como nanocables como resonador y puede emitir láser bajo fotoexcitación o excitación eléctrica. El tamaño de este láser es a menudo de sólo cientos de micrones o incluso decenas de micrones, y el diámetro es del orden de los nanómetros, lo que es una parte importante de la futura visualización 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, en Estados Unidos, crearon el láser más pequeño del mundo, los nanoláseres, con un cable nanoóptico de sólo una milésima parte de la longitud de un cabello humano. Este láser no solo emite láseres ultravioleta, sino que también puede sintonizarse para emitir láseres que van desde el azul hasta el 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 formaron sobre una capa de oro con un diámetro de 20 nm a 150 nm y una longitud de 10.000 nm de alambres de óxido de zinc puro. 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 sólo 17 nm. Estos nanoláseres podrían eventualmente usarse para identificar sustancias químicas y mejorar la capacidad de almacenamiento de información de los discos de computadora y las computadoras fotónicas.
2. Nanoláser ultravioleta
Tras la llegada de los microláseres, los láseres de microdiscos, los láseres de microanillos y los láseres de avalancha cuántica, el químico Yang Peidong y sus colegas de la Universidad de California, Berkeley, fabricaron nanoláseres a temperatura ambiente. Este nanoláser 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, lo 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 nanoláser de ZnO es fácil de fabricar, tiene un alto brillo, un tamaño pequeño y un rendimiento igual o incluso mejor que el de los láseres azules de GaN. Debido a la capacidad de fabricar 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 hacer crecer este tipo de láseres, se sintetiza nanocables de ZnO mediante un método de transporte de gas que cataliza el crecimiento de cristales epitaxiales. 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 bote 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 un área de sección transversal hexagonal en el proceso de crecimiento de 2 min ~ 10 min. Los investigadores descubrieron que el nanocables 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 apaga con el aumento de la potencia de la bomba. Cuando el láser supera el umbral del nanocables de ZnO (aproximadamente 40 kW/cm), aparecerá el punto más alto 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 línea desde el vértice de emisión por debajo del umbral. Estos estrechos anchos de línea y los rápidos aumentos en la intensidad de la emisión llevaron a los investigadores a concluir que la emisión estimulada efectivamente ocurre en estos nanocables. Por lo tanto, esta matriz de nanocables puede actuar como un resonador natural y convertirse así en una fuente de microláser ideal. Los investigadores creen que este nanoláser de longitud de onda corta puede utilizarse en los campos de la informática óptica, el almacenamiento de información y el nanoanalizador.
3. Láseres de pozo cuántico
Antes y después de 2010, el ancho de línea grabado en el chip semiconductor alcanzará los 100 nm o menos, y solo habrá unos pocos electrones moviéndose en el circuito, y el aumento y disminución de un electrón tendrá un gran impacto en el funcionamiento del circuito. Para solucionar este problema nacieron los láseres de pozos cuánticos. En mecánica cuántica, un campo potencial que restringe el movimiento de los electrones y los cuantifica se llama pozo cuántico. Esta restricción cuántica se utiliza 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 líneas cuánticas 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, 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, produciendo nuevamente pulsos láser que son menos intensos a medida que viajan a través de la fibra (repetidores).
Hora de publicación: 15 de junio de 2023