Нанолазер – бул резонатор катары наноматериалдардан жасалган жана фотокозголуу же электрдик козутуу учурунда лазер нурун чыгара алган микро жана нано түзүлүштөрдүн бир түрү. Бул лазердин өлчөмү көбүнчө жүздөгөн микрондорду же ал тургай ондогон микрондорду гана түзөт, ал эми диаметри нанометрдик тартипке чейин жетет, бул келечектеги жука пленкалуу дисплейдин, интеграцияланган оптиканын жана башка тармактардын маанилүү бөлүгү болуп саналат.
Нанолазердин классификациясы:
1. Нано зым лазер
2001-жылы АКШдагы Калифорния университетинин Беркли шаарындагы изилдөөчүлөр дүйнөдөгү эң кичинекей лазерди – нанолазерлерди – адамдын чачынын узундугунун миңден бир бөлүгүндөй болгон нанооптикалык зымда түзүшкөн. Бул лазер ультрафиолет лазерлерин гана чыгарбастан, көктөн терең ультрафиолетке чейинки лазерлерди чыгаруу үчүн да туураланышы мүмкүн. Изилдөөчүлөр таза цинк кычкылы кристаллдарынан лазерди түзүү үчүн багытталган эпифитация деп аталган стандарттуу ыкманы колдонушкан. Алар алгач диаметри 20 нмден 150 нмге чейинки жана узундугу 10 000 нм болгон алтын катмарда пайда болгон нанозымдарды “өстүрүшкөн”. Андан кийин, изилдөөчүлөр күнөскананын астындагы башка лазер менен нанозымдардагы таза цинк кычкылы кристаллдарын активдештиргенде, таза цинк кычкылы кристаллдары толкун узундугу 17 нм болгон лазерди чыгарган. Мындай нанолазерлерди акыры химиялык заттарды аныктоо жана компьютердик дисктердин жана фотондук компьютерлердин маалымат сактоо сыйымдуулугун жакшыртуу үчүн колдонсо болот.
2. Ультрафиолет нанолазер
Микролазерлердин, микродиск лазерлеринин, микрошакекче лазерлеринин жана кванттык көчкү лазерлеринин пайда болушунан кийин, Калифорния университетинин Беркли шаарындагы химик Ян Пэйдун жана анын кесиптештери бөлмө температурасындагы нанолазерлерди жасашкан. Бул цинк кычкылынын нанолазери жарыктын таасири астында сызык туурасы 0,3 нмден аз жана толкун узундугу 385 нм болгон лазерди чыгара алат, бул дүйнөдөгү эң кичинекей лазер жана нанотехнологияны колдонуу менен жасалган алгачкы практикалык түзүлүштөрдүн бири деп эсептелет. Иштеп чыгуунун баштапкы этабында изилдөөчүлөр бул ZnO нанолазерин өндүрүү оңой, жогорку жарыктыкка, кичинекей өлчөмгө жана GaN көк лазерлерине барабар же андан да жакшыраак экенин божомолдошкон. Жогорку тыгыздыктагы нанозым массивдерин жасоо мүмкүнчүлүгүнөн улам, ZnO нанолазерлери бүгүнкү GaAs түзмөктөрүндө мүмкүн болбогон көптөгөн колдонмолорго кире алат. Мындай лазерлерди өстүрүү үчүн ZnO нанозымы газ ташуу ыкмасы менен синтезделет, ал эпитаксиалдык кристаллдардын өсүшүн катализдейт. Алгач, сапфир субстраты 1 нм ~ 3,5 нм калыңдыктагы алтын пленка катмары менен капталат, андан кийин аны алюминий оксидинен жасалган кайыкка салышат, материал жана субстрат аммиак агымында 880 °C ~ 905 °C чейин ысытылып, Zn буусу алынат, андан кийин Zn буусу субстратка ташылат. Алты бурчтуу кесилиш аянты бар 2 мкм ~ 10 мкм нанозымдар 2 мүнөт ~ 10 мүнөт өстүрүү процессинде пайда болгон. Изилдөөчүлөр ZnO нанозымы диаметри 20 нмден 150 нмге чейинки табигый лазер көңдөйүн түзөрүн жана анын диаметринин көпчүлүк бөлүгү (95%) 70 нмден 100 нмге чейин экенин аныкташкан. Нанозымдардын стимулдаштырылган эмиссиясын изилдөө үчүн изилдөөчүлөр үлгүнү оптикалык түрдө күнөсканада Nd:YAG лазеринин төртүнчү гармоникалык чыгышы (266 нм толкун узундугу, 3 нс импульс туурасы) менен сордурушкан. Эмиссия спектринин эволюциясы учурунда жарык насостун кубаттуулугунун жогорулашы менен өчөт. Лазердик жарык ZnO нанозымынын босогосунан (болжол менен 40 кВт/см2) ашып кеткенде, эң жогорку чекит эмиссия спектринде пайда болот. Бул эң жогорку чекиттердин сызык туурасы 0,3 нмден аз, бул босогодон төмөн эмиссия чокусунан сызык туурасынан 1/50 эседен ашык аз. Мындай тар сызык туурасы жана эмиссия интенсивдүүлүгүнүн тез өсүшү изилдөөчүлөрдү стимулдаштырылган эмиссия чындыгында бул нанозымдарда пайда болот деген тыянакка алып келди. Ошондуктан, бул нанозым массиви табигый резонатор катары кызмат кыла алат жана ошентип идеалдуу микро лазер булагы болуп калат. Изилдөөчүлөр бул кыска толкундуу нанолазерди оптикалык эсептөө, маалыматты сактоо жана наноанализатор тармактарында колдонсо болот деп эсептешет.
3. Кванттык кудук лазерлери
2010-жылга чейин жана андан кийин жарым өткөргүч чипке оюлуп түшүрүлгөн сызыктын туурасы 100 нм же андан азга жетет жана схемада бир нече гана электрон кыймылдайт, ал эми электрондун көбөйүшү жана азайышы схеманын иштешине чоң таасирин тийгизет. Бул маселени чечүү үчүн кванттык кудук лазерлери пайда болгон. Кванттык механикада электрондордун кыймылын чектеген жана аларды кванттаган потенциалдык талаа кванттык кудук деп аталат. Бул кванттык чектөө жарым өткөргүч лазердин активдүү катмарында кванттык энергия деңгээлдерин түзүү үчүн колдонулат, ошондуктан энергия деңгээлдеринин ортосундагы электрондук өткөөл кванттык кудук лазери болгон лазердин дүүлүккөн нурлануусунда үстөмдүк кылат. Кванттык кудук лазерлеринин эки түрү бар: кванттык сызык лазерлери жана кванттык чекит лазерлери.
① Кванттык сызык лазери
Окумуштуулар салттуу лазерлерге караганда 1000 эсе күчтүү кванттык зым лазерлерин иштеп чыгышты, бул тезирээк компьютерлерди жана байланыш түзмөктөрүн түзүүгө карай чоң кадам таштады. Аудио, видео, интернет жана була-оптикалык тармактар аркылуу байланыштын башка түрлөрүнүн ылдамдыгын жогорулата турган лазерди Йель университетинин, Нью-Джерсидеги Lucent Technologies Bell LABS жана Германиянын Дрезден шаарындагы Макс Планк физика институтунун окумуштуулары иштеп чыгышты. Бул жогорку кубаттуулуктагы лазерлер байланыш линиясы боюнча ар бир 80 км (50 миль) сайын орнотулган кымбат баалуу кайталагычтарга болгон муктаждыкты азайтып, була аркылуу өткөндө азыраак интенсивдүү лазердик импульстарды (кайталагычтарды) пайда кылат.
Жарыяланган убактысы: 2023-жылдын 15-июну