Նանոլազերների հայեցակարգը և դասակարգումը

Նանոլազերը միկրո և նանո սարքի մի տեսակ է, որը պատրաստված է նանանյութերից, ինչպիսին է նանոլարը որպես ռեզոնատոր և կարող է լազեր արձակել ֆոտոգրգռման կամ էլեկտրական գրգռման ներքո: Այս լազերի չափը հաճախ ընդամենը հարյուրավոր միկրոն է կամ նույնիսկ տասնյակ միկրոն, իսկ տրամագիծը մինչև նանոմետրի կարգը, ինչը ապագա բարակ ֆիլմի ցուցադրման, ինտեգրված օպտիկայի և այլ ոլորտների կարևոր մասն է:

Նանոլազերների դասակարգում.

1. Նանոլար լազեր

2001թ.-ին Կալիֆորնիայի Բերկլիի համալսարանի հետազոտողները նանոօպտիկական մետաղալարի վրա ստեղծեցին աշխարհի ամենափոքր լազերը՝ նանոլազերները, մարդու մազի երկարության միայն մեկ հազարերորդ մասը: Այս լազերը ոչ միայն արձակում է ուլտրամանուշակագույն լազերներ, այլ նաև կարող է կարգավորվել, որպեսզի արձակի լազերներ՝ կապույտից մինչև խորը ուլտրամանուշակագույն: Հետազոտողները օգտագործել են ստանդարտ տեխնիկա, որը կոչվում է կողմնորոշված ​​էպիֆիտացիա՝ մաքուր ցինկի օքսիդի բյուրեղներից լազեր ստեղծելու համար: Նրանք սկզբում «մշակեցին» նանոլարեր, այսինքն՝ ձևավորվեցին ոսկու շերտի վրա՝ 20 նմ-ից 150 նմ տրամագծով և 10,000 նմ մաքուր ցինկի օքսիդի լարերի երկարությամբ: Այնուհետև, երբ հետազոտողները ջերմոցի տակ գտնվող մեկ այլ լազերով ակտիվացրին ցինկի օքսիդի մաքուր բյուրեղները նանոլարերում, մաքուր ցինկի օքսիդի բյուրեղները արձակեցին լազեր՝ ընդամենը 17 նմ ալիքի երկարությամբ: Նման նանոլազերները կարող են ի վերջո օգտագործվել քիմիական նյութերի նույնականացման և համակարգչային սկավառակների և ֆոտոնային համակարգիչների տեղեկատվության պահպանման հզորությունը բարելավելու համար:

2. Ուլտրամանուշակագույն նանոլազեր

Միկրո-լազերների, միկրոսկավառակի լազերների, միկրո օղակաձև լազերների և քվանտային ավալանշ լազերի հայտնվելուց հետո քիմիկոս Յանգ Փեյդոնգը և Բերքլիի Կալիֆոռնիայի համալսարանի իր գործընկերները պատրաստեցին սենյակային ջերմաստիճանի նանոլազերներ: Այս ցինկի օքսիդի նանոոլազերը լույսի գրգռման տակ կարող է արձակել 0,3 նմ-ից պակաս գծի լայնությամբ և 385 նմ ալիքի երկարությամբ լազեր, որը համարվում է աշխարհի ամենափոքր լազերը և նանոտեխնոլոգիայի կիրառմամբ արտադրված առաջին գործնական սարքերից մեկը: Զարգացման սկզբնական փուլում հետազոտողները կանխատեսել են, որ այս ZnO նանոոլազերը հեշտ է արտադրվում, բարձր պայծառություն, փոքր չափսեր, և կատարումը հավասար է կամ նույնիսկ ավելի լավ, քան GaN կապույտ լազերները: Բարձր խտության նանոլարային զանգվածներ ստեղծելու ունակության պատճառով ZnO նանոլազերները կարող են մուտք գործել բազմաթիվ ծրագրեր, որոնք հնարավոր չէ այսօրվա GaAs սարքերի համար: Նման լազերներ աճեցնելու համար ZnO նանոլարը սինթեզվում է գազի փոխադրման մեթոդով, որը կատալիզացնում է էպիտաքսիալ բյուրեղների աճը: Սկզբում շափյուղայի ենթաշերտը պատվում է 1 նմ~3,5նմ հաստությամբ ոսկե թաղանթով, այնուհետև դրվում է ալյումինե նավակի վրա, նյութը և ենթաշերտը տաքացվում են մինչև 880 ° C ~ 905 ° C ամոնիակի հոսքի մեջ արտադրելու համար: Zn գոլորշին, իսկ հետո Zn գոլորշին տեղափոխվում է ենթաշերտ: 2մմ~10մկմ նանոլարեր՝ վեցանկյուն լայնական կտրվածքով, ստեղծվել են 2min~10min աճման գործընթացում: Հետազոտողները պարզել են, որ ZnO նանոլարը ձևավորում է բնական լազերային խոռոչ՝ 20նմ-ից մինչև 150նմ տրամագծով, և դրա տրամագծի մեծ մասը (95%) 70նմ-ից մինչև 100նմ է: Նանոլարերի խթանված արտանետումն ուսումնասիրելու համար հետազոտողները նմուշը օպտիկական կերպով մղեցին ջերմոցում Nd:YAG լազերի չորրորդ ներդաշնակ ելքով (266 նմ ալիքի երկարություն, 3 նս զարկերակային լայնություն): Արտանետումների սպեկտրի էվոլյուցիայի ընթացքում լույսը խամրում է պոմպի հզորության բարձրացմամբ: Երբ լազինգը գերազանցի ZnO նանոլարի շեմը (մոտ 40 կՎտ/սմ), արտանետումների սպեկտրում կհայտնվի ամենաբարձր կետը: Այս ամենաբարձր կետերի գծի լայնությունը 0,3 նմ-ից պակաս է, ինչը ավելի քան 1/50-ով պակաս է շեմից ցածր արտանետման գագաթից գծի լայնությունից: Այս նեղ գծերի լայնությունը և արտանետումների ինտենսիվության արագ աճը հանգեցրին հետազոտողներին եզրակացության, որ խթանված արտանետումը իսկապես տեղի է ունենում այս նանոլարերում: Հետևաբար, այս նանոլարերի զանգվածը կարող է հանդես գալ որպես բնական ռեզոնատոր և այդպիսով դառնալ իդեալական միկրո լազերային աղբյուր: Հետազոտողները կարծում են, որ այս կարճ ալիքի նանոոլազերը կարող է օգտագործվել օպտիկական հաշվարկների, տեղեկատվության պահպանման և նանոանալիզատորի ոլորտներում:

3. Քվանտային հորերի լազերներ

2010 թվականից առաջ և հետո կիսահաղորդչային չիպի վրա փորագրված գծի լայնությունը կհասնի 100 նմ կամ ավելի քիչ, և շղթայում կշարժվեն ընդամենը մի քանի էլեկտրոններ, և էլեկտրոնի ավելացումն ու նվազումը մեծ ազդեցություն կունենա էլեկտրոնի աշխատանքի վրա։ միացում. Այս խնդիրը լուծելու համար քվանտային հորերի լազերներ են ծնվել։ Քվանտային մեխանիկայում էլեկտրոնների շարժումը սահմանափակող և քվանտացնող պոտենցիալ դաշտը կոչվում է քվանտային ջրհոր։ Այս քվանտային սահմանափակումն օգտագործվում է կիսահաղորդչային լազերի ակտիվ շերտում քվանտային էներգիայի մակարդակներ ձևավորելու համար, այնպես որ էներգիայի մակարդակների միջև էլեկտրոնային անցումը գերակայում է լազերի գրգռված ճառագայթման վրա, որը քվանտային ջրհորի լազեր է: Գոյություն ունեն քվանտային հորերի լազերների երկու տեսակ՝ քվանտային գծային լազերներ և քվանտային կետերի լազերներ:

① Քվանտային գծային լազեր

Գիտնականները մշակել են քվանտային լարերի լազերներ, որոնք 1000 անգամ ավելի հզոր են, քան ավանդական լազերները՝ մեծ քայլ կատարելով ավելի արագ համակարգիչներ և հաղորդակցման սարքեր ստեղծելու ուղղությամբ: Լազերը, որը կարող է մեծացնել աուդիո, վիդեո, ինտերնետի և կապի այլ ձևերի արագությունը օպտիկամանրաթելային ցանցերի միջոցով, մշակվել է Յեյլի համալսարանի, Նյու Ջերսիի Lucent Technologies Bell LABS-ի և Դրեզդենի Մաքս Պլանկի ֆիզիկայի ինստիտուտի գիտնականների կողմից: Գերմանիա. Այս ավելի հզոր լազերները կնվազեցնեն թանկարժեք Repeaters-ի կարիքը, որոնք տեղադրվում են յուրաքանչյուր 80 կմ (50 մղոն) հաղորդակցության գծի երկայնքով՝ կրկին արտադրելով լազերային իմպուլսներ, որոնք ավելի քիչ ինտենսիվ են, երբ նրանք անցնում են մանրաթելով (Repeaters):