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纳米激光器研究对基础研究和实际应用都有重要意义

时间:2018年07月07日码清:打标机码清激光:打标机气动:打码机
随着纳米技术和纳米光子学的发展,紧凑微型化激光器应用前景引人关注。当激光器谐振腔尺寸减小到发射波长时,电磁谐振腔中将产生更为有趣的物理效应。因此,在发展低维、低泵浦阈值的超快相干光源
随着纳米技术和纳米光子学的发展,紧凑微型化激光器应用前景引人关注。当激光器谐振腔尺寸减小到发射波长时,电磁谐振腔中将产生更为有趣的物理效应。因此,在发展低维、低泵浦阈值的超快相干光源,以及纳米光电集成和等离激元光路时,减小半导体激光器的三维尺寸至关重要。
随着人类社会科技的进步,激光器本身的发展从未停息脚步。《Science》发表了美国California大学 Berkeley分校M. Huang 和 P. Yang等人的“室温紫外辐射的纳米激光器”声称是世界上最小的激光器。当时他们先是在蓝宝石基底上镀上1~3.5微米厚度的金,然后把它们放到铝的蒸发皿中,在氩气中将材料和基底加热到880~905摄氏度以产生Zn蒸气,产生的Zn蒸气传送到基底上,大约经过2~10分钟左右,截面为六角形的纳米线便可以生长到2~10微米。直径为20~150 nm的纳米线自然形成了一个激光腔。在室温下截面为六角形的纳米线样品用Nd:YAG激光器的四次谐波的激光泵浦(波长为266nm,脉宽为3ns),泵浦的激光光束以10度角入射聚焦在纳米线的对称轴上。这样一来,受激辐射发射的光便沿着ZnO纳米线中心袖的方向在纳米线的末端表平面上会聚。

纳米激光器研究对基础研究和实际应用都有重要意义。首先,二维材料作为最薄的光学增益材料,已被证明可以支持低温下的激光运转,但是这种单层分子材料是否足以支持室温下的激光运转,在科技界尚存疑虑。室温运转是绝大部分激光实际应用的前提,因而新型激光的室温运转在半导体激光发展史上具有指标性意义。另外,由于二维材料中极强的库伦相互作用,电子和空穴总是以激子态出现,因而这种激光实际上与一种新型的激子极化激元的玻色-爱因斯坦凝聚密切相关,是基础物理领域目前最为活跃的课题之一。

纳米激光器工作时只需约100微安的电流。最近纳米激光器的研究人员把这种光子导线缩小到只有五分之一立方微米体积内。在这一尺度上,此结构的光子状态数少于10个,接近了无能量运行所要求的条件,但是光子的数目还没有减少到这样的极限上。

最近,麻省理工学院的研究人员把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中,每个原子发射一个有用的光子除了能提高效率以外,无能量阈纳米激光器的运行还可以得出速度极快的激光器。由于只需要极少的能量就可以发射激光,这类装置可以实现瞬时开关。已经有一些激光器能够以快于每秒钟200亿次的速度开关,适合用于光纤通信。由于纳米技术的迅速发展,这种无能量阈纳米激光器的实现将指日可待。

纳米激光器在光计算,信息存储和纳米分析等领域也会得到广泛的应用。纳米激光器可以用于电路,可以自动地调控开关。若把激光器集成安装到芯片上便可提高计算机磁盘信息存储量以及未来的光子计算机的信息存储量,加速信息技术的集成化发展。
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