Le nanolaser est une sorte de micro et nano dispositif composé de nanomatériaux tels que des nanofils comme résonateur et peut émettre un laser sous photoexcitation ou excitation électrique. La taille de ce laser n'est souvent que de centaines de microns, voire de dizaines de microns, et son diamètre peut atteindre l'ordre du nanomètre, ce qui constitue une partie importante du futur écran à couches minces, de l'optique intégrée et d'autres domaines.
Classification du nanolaser :
1. Laser à nanofils
En 2001, des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley, aux États-Unis, ont créé le plus petit laser au monde – des nanolasers – sur un fil nanooptique mesurant seulement un millième de la longueur d'un cheveu humain. Ce laser émet non seulement des lasers ultraviolets, mais peut également être réglé pour émettre des lasers allant du bleu à l'ultraviolet profond. Les chercheurs ont utilisé une technique standard appelée épiphytation orientée pour créer le laser à partir de cristaux d'oxyde de zinc pur. Ils ont d’abord « cultivé » des nanofils, c’est-à-dire formés sur une couche d’or d’un diamètre de 20 nm à 150 nm et d’une longueur de 10 000 nm de fils d’oxyde de zinc pur. Ensuite, lorsque les chercheurs ont activé les cristaux d'oxyde de zinc pur dans les nanofils avec un autre laser sous la serre, les cristaux d'oxyde de zinc pur ont émis un laser d'une longueur d'onde de seulement 17 nm. De tels nanolasers pourraient éventuellement être utilisés pour identifier des produits chimiques et améliorer la capacité de stockage d’informations des disques informatiques et des ordinateurs photoniques.
2. Nanolaser ultraviolet
Suite à l’avènement des micro-lasers, des lasers à micro-disques, des lasers à micro-anneaux et des lasers à avalanche quantique, le chimiste Yang Peidong et ses collègues de l’Université de Californie à Berkeley ont fabriqué des nanolasers à température ambiante. Ce nanolaser à oxyde de zinc peut émettre un laser d'une largeur de raie inférieure à 0,3 nm et d'une longueur d'onde de 385 nm sous excitation lumineuse, qui est considéré comme le plus petit laser au monde et l'un des premiers dispositifs pratiques fabriqués à l'aide de la nanotechnologie. Au stade initial de développement, les chercheurs ont prédit que ce nanolaser ZnO serait facile à fabriquer, avec une luminosité élevée, une petite taille et des performances égales, voire supérieures, à celles des lasers bleus GaN. En raison de leur capacité à créer des réseaux de nanofils à haute densité, les nanolasers à ZnO peuvent entrer dans de nombreuses applications qui ne sont pas possibles avec les dispositifs GaAs actuels. Afin de faire croître de tels lasers, des nanofils de ZnO sont synthétisés par une méthode de transport de gaz qui catalyse la croissance cristalline épitaxiale. Tout d'abord, le substrat en saphir est recouvert d'une couche de film d'or de 1 nm à 3,5 nm d'épaisseur, puis placé sur un bateau en alumine, le matériau et le substrat sont chauffés à 880 °C ~ 905 °C dans le flux d'ammoniac pour produire De la vapeur de Zn, puis la vapeur de Zn est transportée vers le substrat. Des nanofils de 2 μm ~ 10 μm avec une section transversale hexagonale ont été générés au cours du processus de croissance de 2 min ~ 10 min. Les chercheurs ont découvert que le nanofil de ZnO forme une cavité laser naturelle d’un diamètre de 20 nm à 150 nm, et que la majeure partie (95 %) de son diamètre est de 70 nm à 100 nm. Pour étudier l'émission stimulée des nanofils, les chercheurs ont pompé optiquement l'échantillon dans une serre avec la quatrième sortie harmonique d'un laser Nd:YAG (longueur d'onde de 266 nm, largeur d'impulsion de 3 ns). Au cours de l'évolution du spectre d'émission, la lumière est lamée avec l'augmentation de la puissance de la pompe. Lorsque l’émission laser dépasse le seuil du nanofil de ZnO (environ 40 kW/cm), le point le plus élevé apparaîtra dans le spectre d’émission. La largeur de ligne de ces points les plus élevés est inférieure à 0,3 nm, soit plus de 1/50 de moins que la largeur de ligne à partir du sommet d'émission en dessous du seuil. Ces largeurs de raies étroites et ces augmentations rapides de l’intensité des émissions ont conduit les chercheurs à conclure qu’une émission stimulée se produit effectivement dans ces nanofils. Par conséquent, ce réseau de nanofils peut agir comme un résonateur naturel et devenir ainsi une source microlaser idéale. Les chercheurs pensent que ce nanolaser à courte longueur d'onde peut être utilisé dans les domaines de l'informatique optique, du stockage d'informations et des nanoanalyseurs.
3. Lasers à puits quantiques
Avant et après 2010, la largeur de ligne gravée sur la puce semi-conductrice atteindra 100 nm ou moins, et il n'y aura que quelques électrons se déplaçant dans le circuit, et l'augmentation et la diminution d'un électron auront un grand impact sur le fonctionnement du circuit. Pour résoudre ce problème, les lasers à puits quantiques sont nés. En mécanique quantique, un champ potentiel qui contraint le mouvement des électrons et les quantifie est appelé puits quantique. Cette contrainte quantique est utilisée pour former des niveaux d'énergie quantique dans la couche active du laser à semi-conducteur, de sorte que la transition électronique entre les niveaux d'énergie domine le rayonnement excité du laser, qui est un laser à puits quantique. Il existe deux types de lasers à puits quantiques : les lasers à lignes quantiques et les lasers à points quantiques.
① Laser à ligne quantique
Les scientifiques ont développé des lasers à fil quantique 1 000 fois plus puissants que les lasers traditionnels, faisant ainsi un grand pas en avant vers la création d’ordinateurs et d’appareils de communication plus rapides. Le laser, qui peut augmenter la vitesse de l'audio, de la vidéo, d'Internet et d'autres formes de communication sur les réseaux à fibre optique, a été développé par des scientifiques de l'Université de Yale, de Lucent Technologies Bell LABS du New Jersey et de l'Institut Max Planck de physique de Dresde. Allemagne. Ces lasers de plus grande puissance réduiraient le besoin de répéteurs coûteux, installés tous les 80 km (50 miles) le long de la ligne de communication, produisant là encore des impulsions laser moins intenses lorsqu'elles traversent la fibre (répéteurs).
Heure de publication : 15 juin 2023