나노레이저(Nanolaser)는 나노와이어 등의 나노물질을 공진기로 만들어 광여기 또는 전기 여기 상태에서 레이저를 방출할 수 있는 마이크로·나노 소자의 일종이다. 이 레이저의 크기는 종종 수백 미크론 또는 수십 미크론에 불과하며 직경은 최대 나노미터 수준에 이르며 이는 미래의 박막 디스플레이, 통합 광학 및 기타 분야에서 중요한 부분입니다.
나노레이저의 분류:
1. 나노와이어 레이저
2001년 미국 버클리 캘리포니아 대학교 연구진은 사람 머리카락 길이의 1000분의 1에 불과한 나노광선을 사용해 세계에서 가장 작은 레이저인 나노레이저를 만들었습니다. 이 레이저는 자외선 레이저를 방출할 뿐만 아니라 청색에서 원자외선까지의 레이저를 방출하도록 조정할 수도 있습니다. 연구진은 순수한 산화 아연 결정에서 레이저를 생성하기 위해 방향성 착생(Oriented Epiphytation)이라는 표준 기술을 사용했습니다. 그들은 먼저 직경 20nm~150nm, 길이 10,000nm의 순수 산화아연 와이어를 가진 금층 위에 형성된 나노와이어를 "배양"했습니다. 그런 다음 연구진이 온실 아래에서 또 다른 레이저로 나노와이어의 순수 산화아연 결정을 활성화하자 순수 산화아연 결정이 단 17nm 파장의 레이저를 방출했습니다. 이러한 나노레이저는 결국 화학 물질을 식별하고 컴퓨터 디스크 및 광자 컴퓨터의 정보 저장 용량을 향상시키는 데 사용될 수 있습니다.
2. 자외선 나노레이저
마이크로 레이저, 마이크로 디스크 레이저, 마이크로 링 레이저 및 양자 눈사태 레이저의 출현에 이어 버클리 캘리포니아 대학의 화학자 Yang Peidong과 그의 동료들은 실온 나노레이저를 만들었습니다. 이 산화아연 나노레이저는 광 여기 하에서 선폭 0.3nm 미만, 파장 385nm의 레이저를 방출할 수 있는데, 이는 세계에서 가장 작은 레이저이자 나노기술을 이용해 제조된 최초의 실용 장치 중 하나로 간주됩니다. 연구진은 개발 초기 단계에서 이 ZnO 나노레이저가 제조가 쉽고 휘도가 높으며 크기가 작으며 성능도 GaN 블루레이저와 동등하거나 그 이상일 것으로 예측했다. 고밀도 나노와이어 어레이를 만들 수 있는 능력으로 인해 ZnO 나노레이저는 오늘날의 GaAs 장치로는 불가능한 많은 응용 분야에 적용될 수 있습니다. 이러한 레이저를 성장시키기 위해 에피택셜 결정 성장을 촉매하는 가스 수송 방법으로 ZnO 나노와이어를 합성한다. 먼저, 사파이어 기판을 1nm~3.5nm 두께의 금 필름 층으로 코팅한 다음 알루미나 보트에 놓고 재료와 기판을 암모니아 흐름에서 880°C~905°C로 가열하여 생산합니다. Zn 증기, 그리고 Zn 증기가 기판으로 이송됩니다. 2분~10분의 성장과정에서 육각형 단면적을 갖는 2μm~10μm의 나노와이어가 생성되었다. 연구진은 ZnO 나노와이어가 직경 20nm~150nm의 천연 레이저 공동을 형성하고, 직경의 대부분(95%)이 70nm~100nm인 것을 발견했다. 나노와이어의 유도 방출을 연구하기 위해 연구진은 Nd:YAG 레이저(266nm 파장, 3ns 펄스 폭)의 4차 고조파 출력을 사용하여 온실에서 샘플을 광학적으로 펌핑했습니다. 방출 스펙트럼이 진화하는 동안 펌프 전력이 증가함에 따라 빛이 부족해집니다. 레이저 발사가 ZnO 나노와이어의 임계값(약 40kW/cm2)을 초과하면 방출 스펙트럼에 가장 높은 지점이 나타납니다. 이러한 가장 높은 지점의 선폭은 0.3nm 미만이며, 이는 임계값 아래 방출 꼭지점의 선폭보다 1/50 이상 작습니다. 이러한 좁은 선폭과 방출 강도의 급격한 증가로 인해 연구자들은 유도 방출이 실제로 이러한 나노와이어에서 발생한다는 결론을 내렸습니다. 따라서 이 나노와이어 어레이는 자연 공진기 역할을 할 수 있어 이상적인 마이크로 레이저 소스가 될 수 있습니다. 연구진은 이 단파장 나노레이저가 광컴퓨팅, 정보 저장, 나노분석기 분야에 사용될 수 있을 것으로 믿고 있다.
3. 양자우물레이저
2010년 전후에는 반도체 칩에 식각되는 선폭이 100nm 이하에 이르고, 회로 내에서 이동하는 전자는 극소수에 불과해 전자의 증감이 동작에 큰 영향을 미치게 된다. 회로. 이 문제를 해결하기 위해 양자우물 레이저가 탄생했습니다. 양자역학에서는 전자의 운동을 제한하고 양자화하는 전위장을 양자우물이라고 합니다. 이러한 양자 제약은 반도체 레이저의 활성층에 양자 에너지 준위를 형성하는 데 사용되며, 따라서 에너지 준위 사이의 전자 전이가 양자우물 레이저인 레이저의 여기 방사선을 지배하게 됩니다. 양자 우물 레이저에는 양자 라인 레이저와 양자 도트 레이저의 두 가지 유형이 있습니다.
① 양자선레이저
과학자들이 기존 레이저보다 1,000배 더 강력한 양자선 레이저를 개발하여 더 빠른 컴퓨터와 통신 장치를 만드는 데 큰 진전을 이루었습니다. 광섬유 네트워크를 통해 오디오, 비디오, 인터넷 및 기타 형태의 통신 속도를 높일 수 있는 레이저는 예일 대학교, 뉴저지의 Lucent Technologies Bell LABS 및 드레스덴의 막스 플랑크 물리학 연구소의 과학자들이 개발했습니다. 독일. 이러한 고출력 레이저는 통신 회선을 따라 80km(50마일)마다 설치되어 광섬유(리피터)를 통해 이동할 때 강도가 약한 레이저 펄스를 다시 생성하는 값비싼 리피터의 필요성을 줄여줍니다.
게시 시간: 2023년 6월 15일