Նանոլազերների հասկացությունը և դասակարգումը

Նանոլազերը միկրո և նանո սարքերի տեսակ է, որը պատրաստված է նանոմատերիալներից, ինչպիսիք են նանոլարերը՝ որպես ռեզոնատոր, և կարող է լազեր արձակել լուսագրգռման կամ էլեկտրական գրգռման դեպքում։ Այս լազերի չափը հաճախ կազմում է ընդամենը հարյուրավոր կամ նույնիսկ տասնյակ միկրոններ, իսկ տրամագիծը՝ մինչև նանոմետրական կարգի, ինչը ապագայի բարակ թաղանթային էկրանի, ինտեգրված օպտիկայի և այլ ոլորտների կարևոր մասն է կազմում։

Նանոլազերի դասակարգում.

1. Նանոլարային լազեր

2001 թվականին ԱՄՆ-ի Բերկլիի Կալիֆոռնիայի համալսարանի հետազոտողները ստեղծեցին աշխարհի ամենափոքր լազերը՝ նանոլազերները՝ նանոօպտիկական մետաղալարի վրա, որի երկարությունը մարդու մազի ընդամենը մեկ հազարերորդ մասն է։ Այս լազերը ոչ միայն արձակում է ուլտրամանուշակագույն լազերներ, այլև կարող է կարգավորվել կապույտից մինչև խորը ուլտրամանուշակագույն լազերներ արձակելու համար։ Հետազոտողները օգտագործել են ստանդարտ տեխնիկա, որը կոչվում է կողմնորոշված ​​էպիֆիտացիա, լազերը մաքուր ցինկի օքսիդի բյուրեղներից ստեղծելու համար։ Նրանք սկզբում «մշակել» են նանոլարեր, այսինքն՝ ձևավորվել են 20-ից 150 նմ տրամագծով և 10,000 նմ երկարությամբ մաքուր ցինկի օքսիդի մետաղալարերի ոսկե շերտի վրա։ Այնուհետև, երբ հետազոտողները ակտիվացրել են նանոլարերի մեջ գտնվող մաքուր ցինկի օքսիդի բյուրեղները ջերմոցի տակ գտնվող մեկ այլ լազերով, մաքուր ցինկի օքսիդի բյուրեղները արձակել են ընդամենը 17 նմ ալիքի երկարությամբ լազեր։ Նման նանոլազերները, ի վերջո, կարող են օգտագործվել քիմիական նյութերը նույնականացնելու և համակարգչային սկավառակների և ֆոտոնային համակարգիչների տեղեկատվության պահպանման հզորությունը բարելավելու համար։

2. Ուլտրամանուշակագույն նանոլազեր

Միկրո-լազերների, միկրո-սկավառակային լազերների, միկրո-օղակային լազերների և քվանտային ձնահոսքի լազերների ի հայտ գալուց հետո, քիմիկոս Յանգ Պեյդոնգը և նրա գործընկերները Կալիֆոռնիայի Բերկլիի համալսարանից պատրաստեցին սենյակային ջերմաստիճանի նանոլազերներ: Այս ցինկի օքսիդային նանոլազերը կարող է լույսի գրգռման տակ արձակել 0.3 նմ-ից պակաս գծի լայնությամբ և 385 նմ ալիքի երկարությամբ լազեր, որը համարվում է աշխարհի ամենափոքր լազերը և նանոտեխնոլոգիայի միջոցով արտադրված առաջին գործնական սարքերից մեկը: Մշակման սկզբնական փուլում հետազոտողները կանխատեսել էին, որ այս ZnO նանոլազերը հեշտ է արտադրել, բարձր պայծառություն ունի, փոքր չափսեր ունի, և կատարողականությունը հավասար է կամ նույնիսկ ավելի լավ, քան GaN կապույտ լազերները: Բարձր խտության նանոլազերային զանգվածներ պատրաստելու ունակության շնորհիվ, ZnO նանոլազերները կարող են օգտագործվել բազմաթիվ կիրառություններում, որոնք հնարավոր չեն այսօրվա GaAs սարքերով: Նման լազերներ աճեցնելու համար ZnO նանոլազերը սինթեզվում է գազի փոխադրման մեթոդով, որը կատալիզացնում է էպիտաքսիալ բյուրեղների աճը: Սկզբում շափյուղայի հիմքը պատվում է 1 նմ~3.5 նմ հաստությամբ ոսկե թաղանթի շերտով, այնուհետև տեղադրվում է ալյումինե նավակի վրա, նյութը և հիմքը տաքացվում են մինչև 880°C ~905°C ամոնիակային հոսքում՝ Zn գոլորշի ստանալու համար, այնուհետև Zn գոլորշին տեղափոխվում է հիմք: 2 րոպե~10 րոպե տևողությամբ աճի գործընթացում ստեղծվել են 2մկմ~10մկմ չափի վեցանկյուն լայնական հատույթով նանոհաղորդալարեր: Հետազոտողները պարզել են, որ ZnO նանոհաղորդալարը ձևավորում է 20 նմ-ից մինչև 150 նմ տրամագծով բնական լազերային խոռոչ, և դրա տրամագծի մեծ մասը (95%) կազմում է 70 նմ-ից մինչև 100 նմ: Նանոհաղորդալարերի խթանված ճառագայթումն ուսումնասիրելու համար հետազոտողները նմուշը օպտիկականորեն մղել են ջերմոց՝ Nd:YAG լազերի չորրորդ հարմոնիկ ելքով (266 նմ ալիքի երկարություն, 3 նվ իմպուլսի լայնություն): Ճառագայթման սպեկտրի էվոլյուցիայի ընթացքում լույսը կլանում է պոմպի հզորության աճին զուգընթաց: Երբ լազերի ճառագայթումը գերազանցում է ZnO նանոհաղորդիչի շեմը (մոտ 40 կՎտ/սմ), ճառագայթման սպեկտրում կհայտնվի ամենաբարձր կետը: Այս ամենաբարձր կետերի գծի լայնությունը 0.3 նմ-ից պակաս է, ինչը շեմից ցածր ճառագայթման գագաթնակետից գծի լայնությունից ավելի քան 1/50-ով պակաս է: Այս նեղ գծի լայնությունները և ճառագայթման ինտենսիվության արագ աճը հետազոտողներին հանգեցրել են այն եզրակացության, որ խթանված ճառագայթումն իսկապես տեղի է ունենում այս նանոհաղորդալարերում: Հետևաբար, այս նանոհաղորդալարերի զանգվածը կարող է հանդես գալ որպես բնական ռեզոնատոր և այդպիսով դառնալ իդեալական միկրոլազերային աղբյուր: Հետազոտողները կարծում են, որ այս կարճալիք նանոլազերը կարող է օգտագործվել օպտիկական հաշվարկների, տեղեկատվության պահպանման և նանովերլուծիչների ոլորտներում:

3. Քվանտային հորատանցքային լազերներ

2010 թվականից առաջ և հետո կիսահաղորդչային չիպի վրա փորագրված գծի լայնությունը կհասնի 100 նմ կամ պակասի, և շղթայում կշարժվեն միայն մի քանի էլեկտրոններ, և էլեկտրոնի աճը և նվազումը մեծ ազդեցություն կունենան շղթայի աշխատանքի վրա: Այս խնդիրը լուծելու համար ստեղծվեցին քվանտային հորատանցքային լազերները: Քվանտային մեխանիկայում էլեկտրոնների շարժումը սահմանափակող և դրանք քվանտացնող պոտենցիալային դաշտը կոչվում է քվանտային հորատանցք: Այս քվանտային սահմանափակումն օգտագործվում է կիսահաղորդչային լազերի ակտիվ շերտում քվանտային էներգիայի մակարդակներ ձևավորելու համար, որպեսզի էներգիայի մակարդակների միջև էլեկտրոնային անցումը գերիշխի լազերի գրգռված ճառագայթման վրա, որը քվանտային հորատանցքային լազեր է: Կան քվանտային հորատանցքային լազերների երկու տեսակ՝ քվանտային գծային լազերներ և քվանտային կետային լազերներ:

① Քվանտային գծային լազեր

Գիտնականները մշակել են քվանտային մետաղալարային լազերներ, որոնք 1000 անգամ ավելի հզոր են, քան ավանդական լազերները՝ մեծ քայլ կատարելով ավելի արագ համակարգիչներ և կապի սարքեր ստեղծելու ուղղությամբ: Լազերը, որը կարող է մեծացնել աուդիո, վիդեո, ինտերնետի և մանրաթելային օպտիկամանրաթելային ցանցերի միջոցով կապի այլ ձևերի արագությունը, մշակվել է Եյլի համալսարանի, Նյու Ջերսիի Lucent Technologies Bell LABS-ի և Գերմանիայի Դրեզդեն քաղաքի Մաքս Պլանկի ֆիզիկայի ինստիտուտի գիտնականների կողմից: Այս ավելի բարձր հզորության լազերները կնվազեցնեն թանկարժեք կրկնիչների անհրաժեշտությունը, որոնք տեղադրվում են կապի գծի երկայնքով յուրաքանչյուր 80 կմ (50 մղոն) հեռավորության վրա՝ կրկին առաջացնելով ավելի քիչ ինտենսիվ լազերային իմպուլսներ, երբ դրանք անցնում են մանրաթելով (Կրկնիչներ):