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納米激光器應(yīng)用廣泛 發(fā)展前景廣闊

星之球科技 來(lái)源:中國(guó)報(bào)告大廳2018-05-08 我要評(píng)論(0 )   

納米激光器,是指由納米線(xiàn)等納米材料作為諧振腔,在光激發(fā)或電激發(fā)下能夠出射激光的微納器件。隨著納米技術(shù)和納米光子學(xué)的發(fā)展,

 納米激光器,是指由納米線(xiàn)等納米材料作為諧振腔,在光激發(fā)或電激發(fā)下能夠出射激光的微納器件。
納米激光器應(yīng)用廣泛 發(fā)展前景廣闊
隨著納米技術(shù)和納米光子學(xué)的發(fā)展,緊湊微型化激光器應(yīng)用前景引人關(guān)注。當(dāng)激光器諧振腔尺寸減小到發(fā)射波長(zhǎng)時(shí),電磁諧振腔中將產(chǎn)生更為有趣的物理效應(yīng)。因此,在發(fā)展低維、低泵浦閾值的超快相干光源,以及納米光電集成和等離激元光路時(shí),減小半導(dǎo)體激光器的三維尺寸至關(guān)重要。
隨著人類(lèi)社會(huì)科技的進(jìn)步,激光器本身的發(fā)展從未停息腳步?!禨cience》發(fā)表了美國(guó)California大學(xué) Berkeley分校M. Huang 和 P. Yang等人的“室溫紫外輻射的納米激光器”聲稱(chēng)是世界上最小的激光器。當(dāng)時(shí)他們先是在藍(lán)寶石基底上鍍上1~3.5微米厚度的金,然后把它們放到鋁的蒸發(fā)皿中,在氬氣中將材料和基底加熱到880~905攝氏度以產(chǎn)生Zn蒸氣,產(chǎn)生的Zn蒸氣傳送到基底上,大約經(jīng)過(guò)2~10分鐘左右,截面為六角形的納米線(xiàn)便可以生長(zhǎng)到2~10微米。直徑為20~150 nm的納米線(xiàn)自然形成了一個(gè)激光腔。在室溫下截面為六角形的納米線(xiàn)樣品用Nd:YAG激光器的四次諧波的激光泵浦(波長(zhǎng)為266nm,脈寬為3ns),泵浦的激光光束以10度角入射聚焦在納米線(xiàn)的對(duì)稱(chēng)軸上。這樣一來(lái),受激輻射發(fā)射的光便沿著ZnO納米線(xiàn)中心袖的方向在納米線(xiàn)的末端表平面上會(huì)聚。
納米激光器研究對(duì)基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用都有重要意義。首先,二維材料作為最薄的光學(xué)增益材料,已被證明可以支持低溫下的激光運(yùn)轉(zhuǎn),但是這種單層分子材料是否足以支持室溫下的激光運(yùn)轉(zhuǎn),在科技界尚存疑慮。室溫運(yùn)轉(zhuǎn)是絕大部分激光實(shí)際應(yīng)用的前提,因而新型激光的室溫運(yùn)轉(zhuǎn)在半導(dǎo)體激光發(fā)展史上具有指標(biāo)性意義。另外,由于二維材料中極強(qiáng)的庫(kù)倫相互作用,電子和空穴總是以激子態(tài)出現(xiàn),因而這種激光實(shí)際上與一種新型的激子極化激元的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚密切相關(guān),是基礎(chǔ)物理領(lǐng)域目前最為活躍的課題之一。
納米激光器工作時(shí)只需約100微安的電流。最近納米激光器的研究人員把這種光子導(dǎo)線(xiàn)縮小到只有五分之一立方微米體積內(nèi)。在這一尺度上,此結(jié)構(gòu)的光子狀態(tài)數(shù)少于10個(gè),接近了無(wú)能量運(yùn)行所要求的條件,但是光子的數(shù)目還沒(méi)有減少到這樣的極限上。
最近,麻省理工學(xué)院的研究人員把被激發(fā)的鋇原子一個(gè)一個(gè)地送入激光器中,每個(gè)原子發(fā)射一個(gè)有用的光子除了能提高效率以外,無(wú)能量閾納米激光器的運(yùn)行還可以得出速度極快的激光器。由于只需要極少的能量就可以發(fā)射激光,這類(lèi)裝置可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)開(kāi)關(guān)。已經(jīng)有一些激光器能夠以快于每秒鐘200億次的速度開(kāi)關(guān),適合用于光纖通信。由于納米技術(shù)的迅速發(fā)展,這種無(wú)能量閾納米激光器的實(shí)現(xiàn)將指日可待。
納米激光器在光計(jì)算,信息存儲(chǔ)和納米分析等領(lǐng)域也會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。納米激光器可以用于電路,可以自動(dòng)地調(diào)控開(kāi)關(guān)。若把激光器集成安裝到芯片上便可提高計(jì)算機(jī)磁盤(pán)信息存儲(chǔ)量以及未來(lái)的光子計(jì)算機(jī)的信息存儲(chǔ)量,加速信息技術(shù)的集成化發(fā)展。

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