ナノレーザーは、共振器としてナノワイヤーなどのナノ材料で作られ、光励起または電気励起下でレーザーを放射できるマイクロおよびナノデバイスの一種です。このレーザーのサイズは、多くの場合わずか数百ミクロン、場合によっては数十ミクロンであり、直径は最大でナノメートルオーダーに達し、将来の薄膜ディスプレイ、集積光学素子、その他の分野の重要な部分となります。
ナノレーザーの分類:
1. ナノワイヤーレーザー
2001 年、米国のカリフォルニア大学バークレー校の研究者は、人間の髪の毛のわずか 1,000 分の 1 の長さのナノ光ワイヤー上に世界最小のレーザー、ナノレーザーを作成しました。このレーザーは紫外レーザーを放射するだけでなく、青色から深紫外までの範囲のレーザーを放射するように調整することもできます。研究者らは、配向性着生と呼ばれる標準的な技術を使用して、純粋な酸化亜鉛結晶からレーザーを作成しました。彼らはまず、直径20nm～150nm、長さ10,000nmの純粋な酸化亜鉛ワイヤを金層上に形成したナノワイヤを「培養」した。次に、研究者らが温室の下で別のレーザーでナノワイヤー内の純粋な酸化亜鉛の結晶を活性化したところ、純粋な酸化亜鉛の結晶はわずか17nmの波長のレーザーを放射した。このようなナノレーザーは、最終的には化学物質を識別し、コンピュータディスクやフォトニックコンピュータの情報記憶容量を向上させるために使用される可能性がある。
2. 紫外線ナノレーザー
マイクロレーザー、マイクロディスクレーザー、マイクロリングレーザー、量子アバランシェレーザーの出現に続き、カリフォルニア大学バークレー校の化学者ヤン・ペイドンとその同僚は室温ナノレーザーを作成した。この酸化亜鉛ナノレーザーは、光励起下で線幅0.3nm未満、波長385nmのレーザーを放射することができ、世界最小のレーザーと考えられており、ナノテクノロジーを使用して製造された最初の実用的なデバイスの1つである。開発の初期段階で研究者らは、このZnOナノレーザーは製造が容易で、高輝度、小型で、性能はGaN青色レーザーと同等かそれ以上であると予測した。ZnO ナノレーザーは高密度のナノワイヤー アレイを作成できるため、今日の GaAs デバイスでは不可能な多くの用途に参入できます。このようなレーザーを成長させるために、エピタキシャル結晶成長を触媒するガス輸送法によって ZnO ナノワイヤが合成されます。まず、サファイア基板を厚さ1nm～3.5nmの金膜でコーティングし、アルミナボート上に置き、材料と基板をアンモニア流中で880℃～905℃に加熱して製造します。 Ｚｎ蒸気が基板に輸送される。2分〜10分の成長プロセスで、六角形の断面積を持つ2μm〜10μmのナノワイヤーが生成されました。研究者らは、ZnOナノワイヤが直径20nm～150nmの自然なレーザーキャビティを形成し、その直径の大部分（95%）が70nm～100nmであることを発見した。ナノワイヤの誘導放出を研究するために、研究者らは温室内でNd:YAGレーザーの第4高調波出力(波長266nm、パルス幅3ns)でサンプルを光学的に励起した。発光スペクトルの進化中、ポンプパワーの増加に伴って光が弱くなります。レーザー発振が ZnO ナノワイヤの閾値 (約 40kW/cm) を超えると、発光スペクトルに最高点が現れます。これらの最も高い点の線幅は 0.3nm 未満であり、これはしきい値を下回る発光頂点からの線幅の 1/50 以上小さいです。これらの狭い線幅と発光強度の急速な増加により、研究者らは誘導放出が実際にこれらのナノワイヤで発生していると結論づけた。したがって、このナノワイヤアレイは自然共振器として機能し、理想的なマイクロレーザー源となります。研究者らは、この短波長ナノレーザーが光コンピューティング、情報ストレージ、ナノアナライザーの分野で使用できると考えている。
3. 量子井戸レーザー
2010 年前後では、半導体チップにエッチングされる線幅は 100nm 以下になり、回路内を移動する電子は少なくなり、電子の増減が回路の動作に大きな影響を与えるようになります。回路。この問題を解決するために、量子井戸レーザーが誕生しました。量子力学では、電子の運動を制限し量子化するポテンシャル場を量子井戸と呼びます。この量子制約は、半導体レーザーの活性層に量子エネルギー準位を形成するために使用され、エネルギー準位間の電子遷移が量子井戸レーザーであるレーザーの励起放射を支配します。量子井戸レーザーには、量子線レーザーと量子ドットレーザーの 2 種類があります。
①量子線レーザー
科学者たちは、従来のレーザーよりも 1,000 倍強力な量子ワイヤー レーザーを開発し、より高速なコンピューターと通信デバイスの作成に向けて大きな一歩を踏み出しました。このレーザーは、光ファイバー ネットワークを介したオーディオ、ビデオ、インターネット、その他の通信形式を高速化できるもので、イェール大学、ニュージャージー州のルーセント テクノロジーズ ベル研究所、ドレスデンのマックス プランク物理研究所の科学者によって開発されました。ドイツ。これらの高出力レーザーは、通信回線に沿って 80 km (50 マイル) ごとに設置される高価なリピーターの必要性を軽減します。この場合も、ファイバー (リピーター) を通過するにつれて強度が弱くなるレーザー パルスが生成されます。
投稿日時: 2023 年 6 月 15 日