Nanolaser adalah sejenis perangkat mikro dan nano yang terbuat dari bahan nano seperti kawat nano sebagai resonator dan dapat memancarkan laser dalam kondisi fotoeksitasi 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 kawat nano
Pada tahun 2001, para peneliti di Universitas California, Berkeley, di Amerika Serikat, menciptakan laser terkecil di dunia – nanolaser – pada kawat nanooptik yang hanya seperseribu 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 membuat laser dari kristal seng oksida murni.Mereka pertama kali “mengolah” kawat nano, yaitu, dibentuk pada lapisan emas dengan diameter 20nm hingga 150nm dan panjang kabel seng oksida murni 10.000 nm.Kemudian, ketika para peneliti mengaktifkan kristal seng oksida murni di kawat nano dengan laser lain di bawah rumah kaca, kristal seng oksida murni memancarkan laser dengan panjang gelombang hanya 17nm.Nanolaser tersebut pada akhirnya dapat digunakan untuk mengidentifikasi bahan kimia dan meningkatkan kapasitas penyimpanan informasi pada disk komputer dan komputer fotonik.
2. Nanolaser ultraviolet
Menyusul munculnya laser mikro, laser mikro-disk, 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 0,3nm dan panjang gelombang 385nm 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 dibuat, kecerahan tinggi, ukuran kecil, dan kinerjanya setara atau bahkan lebih baik dari laser biru GaN.Karena kemampuannya membuat susunan kawat nano berdensitas tinggi, nanolaser ZnO dapat memasuki banyak aplikasi yang tidak mungkin dilakukan dengan perangkat GaAs saat ini.Untuk menumbuhkan laser seperti itu, kawat nano ZnO disintesis dengan metode transpor gas yang mengkatalisis pertumbuhan kristal epitaksi.Pertama, substrat safir dilapisi dengan lapisan film emas setebal 1 nm~3,5nm, kemudian diletakkan di atas perahu alumina, bahan dan substrat dipanaskan hingga 880 ° C ~905 ° C dalam aliran amonia untuk menghasilkan Uap Zn, dan kemudian uap Zn diangkut ke substrat.Kawat nano berukuran 2μm~10μm dengan luas penampang heksagonal dihasilkan dalam proses pertumbuhan 2 menit~10 menit.Para peneliti menemukan bahwa kawat nano ZnO membentuk rongga laser alami dengan diameter 20nm hingga 150nm, dan sebagian besar (95%) diameternya adalah 70nm hingga 100nm.Untuk mempelajari emisi terstimulasi dari kawat nano, para peneliti secara optik memompa sampel di rumah kaca dengan keluaran harmonik keempat dari laser Nd:YAG (panjang gelombang 266nm, lebar pulsa 3ns).Selama evolusi spektrum emisi, cahaya menjadi redup seiring dengan peningkatan daya pompa.Ketika penguat melebihi ambang batas kawat nano ZnO (sekitar 40kW/cm), titik tertinggi akan muncul dalam spektrum emisi.Lebar garis dari titik tertinggi ini kurang dari 0,3nm, yaitu 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 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 dengan panjang 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 terukir pada chip semikonduktor akan mencapai 100nm atau kurang, dan hanya akan ada sedikit elektron yang bergerak dalam rangkaian, dan penambahan dan pengurangan elektron akan berdampak besar pada pengoperasian chip. sirkuit.Untuk mengatasi masalah ini, lahirlah laser sumur kuantum.Dalam mekanika kuantum, medan potensial yang membatasi pergerakan elektron dan mengkuantisasinya disebut sumur kuantum.Batasan kuantum ini digunakan untuk membentuk tingkat energi kuantum pada lapisan aktif laser semikonduktor, sehingga transisi elektronik antara tingkat energi mendominasi radiasi tereksitasi dari laser, yaitu 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 dibandingkan laser tradisional, sehingga mengambil langkah besar dalam menciptakan komputer dan perangkat komunikasi yang lebih cepat.Laser, 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 berkekuatan lebih tinggi ini akan mengurangi kebutuhan akan Repeater yang mahal, yang dipasang setiap 80km (50 mil) di sepanjang jalur komunikasi, sekali lagi menghasilkan pulsa laser yang kurang kuat saat melewati serat (Repeater).
Waktu posting: 15 Juni 2023