Nanolaser adalah sejenis perangkat mikro dan nano yang terbuat dari nanomaterial seperti nanowire sebagai resonator dan dapat memancarkan laser di bawah eksitasi foto atau eksitasi 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 masa depan, optik terintegrasi, dan bidang lainnya.
Klasifikasi nanolaser:
1. Laser nanowire
Pada tahun 2001, para peneliti di Universitas California, Berkeley, Amerika Serikat, menciptakan laser terkecil di dunia – nanolaser – pada kawat nanooptik yang panjangnya hanya seperseribu dari panjang rambut manusia. Laser ini tidak hanya memancarkan laser ultraviolet, tetapi juga dapat disetel untuk memancarkan laser mulai dari biru hingga ultraviolet dalam. Para peneliti menggunakan teknik standar yang disebut epifitasi berorientasi untuk menciptakan laser dari kristal seng oksida murni. Mereka pertama-tama "membudidayakan" nanowire, yaitu, dibentuk pada lapisan emas dengan diameter 20nm hingga 150nm dan panjang 10.000 nm kawat seng oksida murni. Kemudian, ketika para peneliti mengaktifkan kristal seng oksida murni dalam nanowire dengan laser lain di bawah rumah kaca, kristal seng oksida murni tersebut memancarkan laser dengan panjang gelombang hanya 17nm. Nanolaser semacam ini pada akhirnya dapat digunakan untuk mengidentifikasi bahan kimia dan meningkatkan kapasitas penyimpanan informasi pada disk komputer dan komputer fotonik.
2. Nanolaser ultraviolet
Setelah munculnya mikro-laser, mikro-laser cakram, mikro-laser cincin, dan laser longsoran kuantum, ahli kimia Yang Peidong dan rekan-rekannya di Universitas California, Berkeley, membuat nanolaser suhu ruang. 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, ukuran kecil, dan kinerjanya setara atau bahkan lebih baik daripada laser biru GaN. Karena kemampuannya untuk membuat susunan nanowire dengan kepadatan tinggi, nanolaser ZnO dapat memasuki banyak aplikasi yang tidak mungkin dilakukan dengan perangkat GaAs saat ini. Untuk menumbuhkan laser tersebut, nanowire ZnO disintesis dengan metode transportasi gas yang mengkatalisis pertumbuhan kristal epitaksial. Pertama, substrat safir dilapisi dengan lapisan film emas setebal 1 nm~3,5 nm, kemudian diletakkan di atas wadah 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 berukuran 2μm~10μm dengan luas penampang heksagonal dihasilkan dalam proses pertumbuhan selama 2 menit~10 menit. Para peneliti menemukan bahwa nanowire ZnO membentuk rongga laser alami dengan diameter 20 nm hingga 150 nm, dan sebagian besar (95%) diameternya adalah 70 nm hingga 100 nm. Untuk mempelajari emisi terstimulasi dari nanowire, para peneliti memompa sampel secara optik di dalam rumah kaca dengan keluaran harmonik keempat dari laser Nd:YAG (panjang gelombang 266 nm, lebar pulsa 3 ns). Selama evolusi spektrum emisi, cahaya dilambrasi seiring dengan peningkatan daya pompa. Ketika laserisasi melebihi ambang batas kawat nano ZnO (sekitar 40 kW/cm²), titik tertinggi akan muncul dalam spektrum emisi. Lebar garis titik tertinggi ini kurang dari 0,3 nm, yang lebih dari 1/50 lebih kecil daripada lebar garis dari titik puncak 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 kawat nano ini. Oleh karena itu, susunan kawat nano ini dapat bertindak sebagai resonator alami dan dengan demikian menjadi sumber laser mikro yang ideal. Para peneliti percaya bahwa nanolaser gelombang pendek ini dapat digunakan di bidang komputasi optik, penyimpanan informasi, dan nanoanalyzer.
3. Laser sumur kuantum
Sebelum dan sesudah tahun 2010, lebar garis yang diukir pada chip semikonduktor akan mencapai 100nm atau kurang, dan hanya akan ada sedikit elektron yang bergerak dalam rangkaian, dan peningkatan serta penurunan elektron akan berdampak besar pada pengoperasian rangkaian. Untuk mengatasi masalah ini, laser sumur kuantum pun 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 antar tingkat energi mendominasi radiasi eksitasi laser, 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, mengambil langkah besar menuju penciptaan 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 menghasilkan pulsa laser yang intensitasnya lebih rendah saat merambat melalui serat (Repeater).
Waktu posting: 15 Juni 2023