Nanolaser adalah sejenis perangkat mikro dan nano yang terbuat dari material nano seperti kawat nano sebagai resonator dan dapat memancarkan laser di bawah eksitasi foto atau listrik. Ukuran laser ini seringkali hanya ratusan mikron atau bahkan puluhan mikron, dan diameternya mencapai orde nanometer, yang merupakan bagian penting dari tampilan film tipis, optik terintegrasi, dan bidang lainnya di masa depan.
Klasifikasi nanolaser:
1. Laser nanokawat
Pada tahun 2001, para peneliti di University of California, Berkeley, Amerika Serikat, menciptakan laser terkecil di dunia – nanolaser – pada kawat nanooptik yang panjangnya hanya seperseribu rambut manusia. Laser ini tidak hanya memancarkan sinar ultraviolet, tetapi juga dapat diatur untuk memancarkan sinar laser mulai dari biru hingga ultraviolet gelap. Para peneliti menggunakan teknik standar yang disebut epifitasi berorientasi untuk menciptakan laser dari kristal seng oksida murni. Mereka pertama-tama "mengkulturkan" nano-kawat, yaitu kawat seng oksida murni yang dibentuk di atas lapisan emas dengan diameter 20-150 nm dan panjang 10.000 nm. Kemudian, ketika para peneliti mengaktifkan kristal seng oksida murni di dalam nano-kawat dengan laser lain di bawah rumah kaca, kristal seng oksida murni tersebut memancarkan laser dengan panjang gelombang hanya 17 nm. Nano-laser semacam itu pada akhirnya dapat digunakan untuk mengidentifikasi bahan kimia dan meningkatkan kapasitas penyimpanan informasi pada cakram komputer dan komputer fotonik.
2. Nanolaser ultraviolet
Setelah munculnya laser mikro, laser cakram mikro, laser cincin mikro, dan laser longsoran kuantum, ahli kimia Yang Peidong dan rekan-rekannya di Universitas California, Berkeley, membuat nanolaser suhu ruangan. Nanolaser seng oksida ini dapat memancarkan laser dengan lebar garis kurang dari 0,3 nm dan panjang gelombang 385 nm di bawah eksitasi cahaya, yang dianggap sebagai laser terkecil di dunia dan salah satu perangkat praktis pertama yang diproduksi menggunakan nanoteknologi. Pada tahap awal pengembangan, para peneliti memperkirakan bahwa nanolaser ZnO ini mudah diproduksi, memiliki kecerahan tinggi, berukuran kecil, dan kinerjanya setara atau bahkan lebih baik daripada laser biru GaN. Karena kemampuannya untuk membuat susunan kawat nano berdensitas tinggi, nanolaser ZnO dapat memasuki banyak aplikasi yang tidak mungkin dilakukan dengan perangkat GaAs saat ini. Untuk menumbuhkan laser tersebut, kawat nano ZnO disintesis dengan metode transpor gas yang mengkatalisis pertumbuhan kristal epitaksial. Pertama, substrat safir dilapisi dengan lapisan film emas setebal 1 nm~3,5 nm, dan kemudian meletakkannya di atas perahu alumina, material dan substrat dipanaskan hingga 880 ° C ~905 ° C dalam aliran amonia untuk menghasilkan uap Zn, dan kemudian uap Zn diangkut ke substrat. Nanowire 2μm~10μm dengan luas penampang heksagonal dihasilkan dalam proses pertumbuhan 2min~10min. Para peneliti menemukan bahwa nanowire ZnO membentuk rongga laser alami dengan diameter 20nm hingga 150nm, dan sebagian besar (95%) diameternya adalah 70nm hingga 100nm. Untuk mempelajari emisi terstimulasi dari nanowire, para peneliti memompa sampel secara optik di rumah kaca dengan keluaran harmonik keempat dari laser Nd:YAG (panjang gelombang 266nm, lebar pulsa 3ns). Selama evolusi spektrum emisi, cahaya dilaminasi dengan peningkatan daya pompa. Ketika laser melebihi ambang batas nanokawat ZnO (sekitar 40 kW/cm), titik tertinggi akan muncul dalam spektrum emisi. Lebar garis titik tertinggi ini kurang dari 0,3 nm, yang lebih dari 1/50 lebih kecil dari lebar garis dari titik emisi di bawah ambang batas. Lebar garis yang sempit dan peningkatan intensitas emisi yang cepat ini membuat para peneliti menyimpulkan bahwa emisi terstimulasi memang terjadi pada nanokawat ini. Oleh karena itu, susunan nanokawat ini dapat bertindak sebagai resonator alami dan dengan demikian menjadi sumber laser mikro yang ideal. Para peneliti percaya bahwa nanolaser panjang gelombang pendek ini dapat digunakan dalam bidang komputasi optik, penyimpanan informasi, dan nanoanalyzer.
3. Laser sumur kuantum
Sebelum dan sesudah tahun 2010, lebar garis yang terukir pada chip semikonduktor akan mencapai 100nm atau kurang, dan hanya akan ada beberapa elektron yang bergerak di dalam sirkuit, dan peningkatan dan penurunan elektron akan berdampak besar pada operasi sirkuit. Untuk mengatasi masalah ini, laser sumur kuantum lahir. Dalam mekanika kuantum, medan potensial yang membatasi gerakan elektron dan mengkuantisasinya disebut sumur kuantum. Batasan kuantum ini digunakan untuk membentuk tingkat energi kuantum di lapisan aktif laser semikonduktor, sehingga transisi elektronik antara tingkat energi mendominasi radiasi laser yang tereksitasi, yang merupakan laser sumur kuantum. Ada dua jenis laser sumur kuantum: laser garis kuantum dan laser titik kuantum.
① Laser garis kuantum
Para ilmuwan telah mengembangkan laser kawat kuantum yang 1.000 kali lebih kuat daripada laser tradisional, sebuah langkah besar menuju terciptanya komputer dan perangkat komunikasi yang lebih cepat. Laser ini, yang dapat meningkatkan kecepatan audio, video, internet, dan bentuk komunikasi lainnya melalui jaringan serat optik, dikembangkan oleh para ilmuwan di Universitas Yale, Lucent Technologies Bell LABS di New Jersey, dan Institut Fisika Max Planck di Dresden, Jerman. Laser berdaya lebih tinggi ini akan mengurangi kebutuhan akan Repeater yang mahal, yang dipasang setiap 80 km (50 mil) di sepanjang jalur komunikasi, yang kembali menghasilkan pulsa laser yang lebih rendah intensitasnya saat merambat melalui serat (Repeater).
Waktu posting: 15-Jun-2023