קונספט וסיווג של ננונים

Nanolaser הוא סוג של מכשיר מיקרו וננו העשוי ננו -חומרים כמו Nanowire כתהודה ויכול לפלוט לייזר תחת שיעור צילום או עירור חשמלי. גודל לייזר זה הוא לרוב רק מאות מיקרון או אפילו עשרות מיקרון, והקוטר עומד על סדר הננומטר, שהוא חלק חשוב בתצוגת הסרט הדק העתידי, אופטיקה משולבת ושדות אחרים.

סיווג ננולזר:

1. לייזר ננו -אייר

בשנת 2001 יצרו חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, בארצות הברית את הלייזר הקטן ביותר בעולם-ננו-ננוליסרים-על החוט הננאופטי רק אלף מאורך שיער אנושי. לייזר זה לא רק פולט לייזרים אולטרה סגול, אלא ניתן לכוונן גם לפלוט לייזרים שנעים בין כחול לאולטרה סגול עמוק. החוקרים השתמשו בטכניקה סטנדרטית הנקראת EpiPhytation מכוונת כדי ליצור את הלייזר מגבישי תחמוצת אבץ טהורה. הם ראשונים "מתורבתים" ננו -חוטים, כלומר, נוצרים על שכבת זהב בקוטר של 20 ננומטר עד 150 ננומטר ואורך של 10,000 ננומטר חוטי תחמוצת אבץ טהורה. ואז, כאשר החוקרים הפעילו את גבישי תחמוצת האבץ הטהורים בננו -חוטים עם לייזר אחר מתחת לחממה, גבישי תחמוצת האבץ הטהורים פלטו לייזר באורך גל של 17 ננומטר בלבד. בסופו של דבר ניתן להשתמש בננולייזרים כאלה לזיהוי כימיקלים ולשיפור יכולת אחסון המידע של דיסקים במחשבים ומחשבים פוטוניים.

2. ננולזר אולטרה סגול

לאחר הופעתם של מיקרו-לייזרים, לייזרי מיקרו-דיסק, לייזרי מיקרו-טבעת ולייזרי מפולת קוונטים, הכימאי יאנג פידונג ועמיתיו באוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, עשו את ננוליזרים בטמפרטורת מקום. ננוליזר תחמוצת אבץ זה יכול לפלוט לייזר עם רוחב קו של פחות מ- 0.3 ננומטר ואורך גל של 385 ננומטר תחת עירור קל, שנחשב ללייזר הקטן ביותר בעולם ואחד המכשירים המעשיים הראשונים המיוצרים באמצעות ננו -טכנולוגיה. בשלב ההתפתחות הראשוני, החוקרים ניבאו כי ננו -ננולזר זה קל לייצור, בהירות גבוהה, גודל קטן והביצועים שווים או אפילו טובים יותר מאשר לייזרים כחולים של GAN. בגלל היכולת ליצור מערכי ננו-צפיפות גבוהה, ננו-נולייזרים של ZnO יכולים להיכנס ליישומים רבים שאינם אפשריים עם מכשירי GAAS של ימינו. על מנת לגדל לייזרים כאלה, מסונתז Zno Nanowire על ידי שיטת הובלת גז המזרזת את צמיחת הגבישים האפיטקסיאליים. ראשית, מצע הספיר מצופה בשכבה של 1 ננומטר ~ 3.5 ננומטר זהב בעובי, ואז מניחים אותו על סירת אלומינה, החומר והמצע מחוממים ל 880 מעלות צלזיוס ~ 905 מעלות צלזיוס בזרימת האמוניה כדי לייצר קיטור Zn, ואז ה- Zn Steam מועבר למצע. חוטים של 2 מיקרומטר ~ 10 מיקרומטר עם שטח חתך משושה נוצרו בתהליך הגידול של 2 דקות ~ 10 דקות. החוקרים מצאו כי ZnO Nanowire מהווה חלל לייזר טבעי בקוטר של 20 ננומטר עד 150 ננומטר, ורובם (95%) בקוטרו הוא 70 ננומטר עד 100 ננומטר. כדי לחקור פליטת ננו -חוטים, החוקרים שאבו את הדגימה באופן אופטי בחממה עם התפוקה ההרמונית הרביעית של לייזר ND: YAG (אורך גל 266 ננומטר, רוחב דופק 3NS). במהלך ההתפתחות של ספקטרום הפליטה, האור נוטה עם עליית כוח המשאבה. כאשר הלזינג עולה על סף ה- ZnO Nanowire (בערך 40 קילוואט/ס"מ), הנקודה הגבוהה ביותר תופיע בספקטרום הפליטה. רוחב הקו של הנקודות הגבוהות ביותר הללו הוא פחות מ- 0.3 ננומטר, שהוא יותר מ- 1/50 פחות מרוחב הקו מקודקוד הפליטה מתחת לסף. רווחי קו צרים אלה ועלייה מהירה בעוצמת הפליטה הובילו את החוקרים למסקנה כי פליטה מגורה אכן מתרחשת בננו -חוטים אלה. לפיכך, מערך ננו -אייר זה יכול לשמש כתהודה טבעית ובכך להפוך למקור מיקרו לייזר אידיאלי. החוקרים מאמינים כי ניתן להשתמש בננולזר אורך גל קצר זה בתחומי המחשוב האופטי, אחסון מידע וננו-ננליזר.

3. לייזרי באר קוונטיים

לפני 2010 ואחרי 2010, רוחב הקו שנחרט על שבב המוליכים למחצה יגיע למאה ננומטר ומטה, ויהיו רק מעט אלקטרונים הנעים במעגל, והעלייה והירידה של האלקטרון ישפיעו רבות על פעולת המעגל. כדי לפתור בעיה זו, נולדו לייזרי באר קוונטית. במכניקת הקוונטים, שדה פוטנציאלי המגביל את תנועת האלקטרונים ומכמת אותם נקרא באר קוונטית. אילוץ קוונטי זה משמש ליצירת רמות אנרגיה קוונטיות בשכבה הפעילה של לייזר מוליכים למחצה, כך שהמעבר האלקטרוני בין רמות האנרגיה שולט בקרינה הנרגשת של הלייזר, שהוא לייזר באר קוונטית. ישנם שני סוגים של לייזרי באר קוונטיים: לייזרי קו קוונטי וליזרי נקודה קוונטית.

לייזר קו קוונטי

מדענים פיתחו לייזרי תיל קוונטיים שהם חזקים פי 1,000 מאשר לייזרים מסורתיים, וצעדים צעד גדול לקראת יצירת מחשבים ומכשירי תקשורת מהירים יותר. הלייזר, שיכול להגדיל את מהירות האודיו, הווידיאו, האינטרנט וצורות תקשורת אחרות על פני רשתות סיבים אופטיים, פותח על ידי מדענים מאוניברסיטת ייל, Lucent Technologies Bell Labs בניו ג'רזי ומכון מקס פלאנק לפיזיקה בדרזדן, גרמניה. לייזרים בעלי עוצמה גבוהה יותר יפחיתו את הצורך בשחזרות יקרות, המותקנות כל 80 ק"מ (50 מיילים) לאורך קו התקשורת, ושוב מייצרים פולסי לייזר שהם פחות אינטנסיביים כשהם עוברים דרך הסיבים (משחזרים).