Нанолазер як навъи дастгоҳи микро ва нано мебошад, ки аз наномаводҳо, ба монанди наносим ҳамчун резонатор сохта шудааст ва метавонад лазерро таҳти таъсири фотобарангезиш ё барангезиши барқӣ партояд. Андозаи ин лазер аксар вақт танҳо садҳо микрон ё ҳатто даҳҳо микрон аст ва диаметри он то тартиби нанометр аст, ки қисми муҳими намоиши плёнкаи тунуки оянда, оптикаи ҳамгирошуда ва дигар соҳаҳо мебошад.
Таснифоти нанолазер:
1. Лазери наносимӣ
Дар соли 2001, муҳаққиқони Донишгоҳи Калифорния, Беркли, дар Иёлоти Муттаҳида, хурдтарин лазери ҷаҳон - нанолазерҳоро - дар сими нанооптикӣ, ки танҳо як ҳазоруми дарозии мӯи инсон аст, сохтанд. Ин лазер на танҳо лазерҳои ултрабунафшро мебарорад, балки инчунин метавонад барои баровардани лазерҳо аз кабуд то ултрабунафши амиқ танзим карда шавад. Муҳаққиқон барои эҷоди лазер аз кристаллҳои холиси оксиди руҳ аз усули стандартие бо номи эпифитатсияи самтнок истифода бурданд. Онҳо аввал наносимҳоро "фарҳанг" карданд, яъне дар қабати тиллоӣ бо диаметри аз 20 нм то 150 нм ва дарозии 10,000 нм симҳои холиси оксиди руҳ ташкил карда шуданд. Сипас, вақте ки муҳаққиқон кристаллҳои холиси оксиди руҳро дар наносимҳо бо лазери дигар дар зери гармхона фаъол карданд, кристаллҳои холиси оксиди руҳ лазереро бо дарозии мавҷи ҳамагӣ 17 нм мебароварданд. Чунин нанолазерҳо дар ниҳоят метавонанд барои муайян кардани моддаҳои кимиёвӣ ва беҳтар кардани иқтидори нигоҳдории иттилооти дискҳои компютерӣ ва компютерҳои фотонӣ истифода шаванд.
2. Нанолазери ултрабунафш
Пас аз пайдоиши микролазерҳо, лазерҳои микродискҳо, лазерҳои микроҳалқаҳо ва лазерҳои тармафароии квантӣ, кимиёшинос Ян Пейдонг ва ҳамкорони ӯ дар Донишгоҳи Калифорния, Беркли, нанолазерҳои ҳарорати хонагӣ сохтанд. Ин нанолазери оксиди руҳ метавонад лазереро бо паҳнои хатти камтар аз 0,3 нм ва дарозии мавҷи 385 нм таҳти ангезиши рӯшноӣ партояд, ки хурдтарин лазер дар ҷаҳон ва яке аз аввалин дастгоҳҳои амалӣ, ки бо истифода аз нанотехнология истеҳсол мешаванд, ҳисобида мешавад. Дар марҳилаи аввали таҳия, муҳаққиқон пешгӯӣ карданд, ки ин нанолазери ZnO барои истеҳсол осон аст, равшании баланд, андозаи хурд дорад ва самаранокии он ба лазерҳои кабуди GaN баробар ё ҳатто беҳтар аст. Аз сабаби қобилияти сохтани массивҳои наносимҳои зичии баланд, нанолазерҳои ZnO метавонанд ба бисёр барномаҳо ворид шаванд, ки бо дастгоҳҳои GaAs имрӯза имконнопазиранд. Барои парвариши чунин лазерҳо, наносими ZnO бо усули интиқоли газ синтез карда мешавад, ки афзоиши кристаллҳои эпитаксиалиро катализ мекунад. Аввалан, субстрати сапфир бо қабати плёнкаи тиллоии ғафсии 1 нм ~ 3,5 нм пӯшонида мешавад ва сипас онро ба қаиқи алюминий мегузоранд, мавод ва субстрат дар ҷараёни аммиак то 880°C ~ 905°C гарм карда мешаванд, то буғи Zn ҳосил шавад ва сипас буғи Zn ба субстрат интиқол дода мешавад. Наносимҳои 2μm ~ 10μm бо масоҳати буриши шашкунҷа дар раванди афзоиши 2 дақиқа ~ 10 дақиқа тавлид шуданд. Муҳаққиқон муайян карданд, ки наносими ZnO як ковокии лазерии табииро бо диаметри аз 20 нм то 150 нм ташкил медиҳад ва аксари (95%) диаметри он аз 70 нм то 100 нм аст. Барои омӯзиши партоби ангезандаи наносимҳо, муҳаққиқон намунаро дар гармхона бо баромади чоруми гармоникии лазери Nd:YAG (дарозии мавҷ 266 нм, паҳнои импулси 3 нс) бо роҳи оптикӣ пош доданд. Дар давоми эволютсияи спектри партоб, рӯшноӣ бо афзоиши қувваи насос суст мешавад. Вақте ки лазер аз остонаи наносими ZnO (тақрибан 40 кВт/см2) зиёд мешавад, нуқтаи баландтарин дар спектри партов пайдо мешавад. Паҳнои хатти ин нуқтаҳои баландтарин камтар аз 0,3 нм аст, ки беш аз 1/50 камтар аз паҳнои хат аз қуллаи партов дар зери остона аст. Ин паҳнои хатҳои танг ва афзоиши босуръати шиддати партовҳо муҳаққиқонро водор карданд, ки ба хулосае оянд, ки партови ангезанда дар ин наносимҳо воқеан рух медиҳад. Аз ин рӯ, ин массиви наносимҳо метавонад ҳамчун резонатори табиӣ амал кунад ва ба ин васила ба манбаи идеалии лазери микро табдил ёбад. Муҳаққиқон боварӣ доранд, ки ин нанолазери кӯтоҳмавҷро дар соҳаҳои ҳисоббарории оптикӣ, нигоҳдории иттилоот ва наноанализатор истифода бурдан мумкин аст.
3. Лазерҳои чоҳҳои квантӣ
Пеш ва баъд аз соли 2010, паҳнои хатти кандакорӣшуда дар чипи нимноқил ба 100 нм ё камтар мерасад ва дар схема танҳо чанд электрон ҳаракат мекунанд ва афзоиш ва камшавии электрон ба кори схема таъсири калон мерасонад. Барои ҳалли ин мушкилот, лазерҳои чоҳи квантӣ пайдо шуданд. Дар механикаи квантӣ, майдони потенсиалӣ, ки ҳаракати электронҳоро маҳдуд мекунад ва онҳоро квантӣ мекунад, чоҳи квантӣ номида мешавад. Ин маҳдудияти квантӣ барои ташаккули сатҳҳои энергияи квантӣ дар қабати фаъоли лазери нимноқилӣ истифода мешавад, то гузариши электронӣ байни сатҳҳои энергия бар радиатсияи ангехташудаи лазер, ки лазери чоҳи квантӣ аст, бартарӣ дошта бошад. Ду намуди лазерҳои чоҳи квантӣ мавҷуданд: лазерҳои хатти квантӣ ва лазерҳои нуқтаи квантӣ.
① Лазери хатти квантӣ
Олимон лазерҳои симии квантиро таҳия карданд, ки 1000 маротиба аз лазерҳои анъанавӣ пурқувваттаранд ва қадами бузургеро дар самти эҷоди компютерҳо ва дастгоҳҳои тезтари коммуникатсионӣ гузоштанд. Лазер, ки метавонад суръати аудио, видео, интернет ва дигар шаклҳои муоширатро тавассути шабакаҳои нахи оптикӣ афзоиш диҳад, аз ҷониби олимони Донишгоҳи Йел, Lucent Technologies Bell LABS дар Ню Ҷерсӣ ва Институти физикаи Макс Планк дар Дрезден, Олмон таҳия шудааст. Ин лазерҳои пуриқтидори баландтар ниёз ба такроркунакҳои гаронбаҳоро, ки ҳар 80 км (50 мил) дар хатти алоқа насб карда мешаванд, кам мекунанд ва боз импулсҳои лазериро истеҳсол мекунанд, ки ҳангоми ҳаракат дар нах (Репетерҳо) камтар шадиданд.
Вақти нашр: 15 июни соли 2023