Nanolasera nanoharia bezalako nanomaterialez egindako mikro eta nanogailu mota bat da, fotokitzikapen edo kitzikapen elektrikopean laserra igor dezakeena. Laser honen tamaina ehunka mikroi edo hamarnaka mikroi baino ez da izaten, eta diametroa nanometroen ordenakoa da, eta hori etorkizuneko film meheko pantailaren, optika integratuaren eta beste arlo batzuen zati garrantzitsua da.
Nanolaserren sailkapena:
1. Nanohariko laserra
2001ean, Berkeleyko Kaliforniako Unibertsitateko (AEB) ikertzaileek munduko laserrik txikiena sortu zuten –nanolaserrak–, giza ile baten luzeraren milaren bat baino ez zuen nanooptiko-hari batean. Laser honek ez ditu laser ultramoreak igortzen bakarrik, baita urdinetik ultramore sakonera bitarteko laserrak igortzeko ere sintonizatu daiteke. Ikertzaileek epifitazio orientatua izeneko teknika estandar bat erabili zuten zink oxido kristal puruetatik laserra sortzeko. Lehenik nanohariak “kultibatu” zituzten, hau da, 20 nm-tik 150 nm-ra bitarteko diametroa eta 10.000 nm-ko luzera zuen zink oxido hari puruak eratu zituzten. Ondoren, ikertzaileek nanoharien zink oxido kristal puruak negutegiaren azpian zegoen beste laser batekin aktibatu zituztenean, zink oxido kristal puruek 17 nm-ko uhin-luzera baino ez zuen laser bat igorri zuten. Nanolaser horiek, azkenean, produktu kimikoak identifikatzeko eta ordenagailu-diskoen eta ordenagailu fotonikoen informazioa gordetzeko gaitasuna hobetzeko erabil litezke.
2. Nanolaser ultramoreak
Mikrolaserrak, mikrodisko laserrak, mikroeraztun laserrak eta elur-jausi kuantiko laserrak agertu ondoren, Yang Peidong kimikariak eta bere lankideek Kaliforniako Unibertsitatean, Berkeleyn, giro-tenperaturako nanolaserrak egin zituzten. Zink oxidozko nanolaser honek 0,3 nm baino gutxiagoko lerro-zabalera eta 385 nm-ko uhin-luzera duen laser bat igor dezake argi-kitzikapenaren pean, munduko laserrik txikiena eta nanoteknologia erabiliz fabrikatutako lehen gailu praktikoetako bat dela uste dena. Garapenaren hasierako fasean, ikertzaileek aurreikusi zuten ZnO nanolaser hau fabrikatzeko erraza zela, distira handikoa, tamaina txikikoa eta errendimendua GaN laser urdinen berdina edo hobea zela. Dentsitate handiko nanoharien sareak egiteko gaitasunari esker, ZnO nanolaserrek gaur egungo GaAs gailuekin posible ez diren aplikazio askotan sar daitezke. Laser horiek hazteko, ZnO nanoharia gas garraio metodoaren bidez sintetizatzen da, eta horrek kristal epitaxialaren hazkundea katalizatzen du. Lehenik eta behin, zafiro substratua 1 nm~3.5nm lodierako urre-film geruza batez estaltzen da, eta ondoren alumina-ontzi batean jartzen da, materiala eta substratua 880 °C~905 °C-ra berotzen dira amoniako-fluxuan Zn lurruna sortzeko, eta ondoren Zn lurruna substratura garraiatzen da. 2min~10min-ko hazkuntza-prozesuan, 2μm~10μm-ko nanohariak sortu ziren, sekzio hexagonaleko azalerarekin. Ikertzaileek aurkitu zuten ZnO nanohariak 20nm eta 150nm arteko diametroa duen laser-barrunbe natural bat osatzen duela, eta bere diametroaren gehiena (% 95) 70nm eta 100nm artekoa dela. Nanoharien igorpen estimulatua aztertzeko, ikertzaileek lagina optikoki ponpatu zuten negutegi batean Nd:YAG laser baten laugarren harmonikoaren irteerarekin (266nm-ko uhin-luzera, 3ns-ko pultsu-zabalera). Igorpen-espektroaren bilakaeran, argia moteldu egiten da ponpaketa-potentzia handitzen den heinean. Laserrak ZnO nanohariaren atalasea gainditzen duenean (40 kW/cm inguru), punturik altuena agertuko da emisio-espektroan. Punturik altuenen lerro-zabalera 0,3 nm baino txikiagoa da, hau da, atalasearen azpiko emisio-erpinetik datorren lerro-zabalera baino 1/50 baino gehiago txikiagoa. Lerro-zabalera estu hauek eta emisio-intentsitatearen igoera azkarrak ikertzaileak ondorioztatzera eraman zituzten emisio estimulatua gertatzen dela nanohari hauetan. Beraz, nanohari-multzo honek erresonadore natural gisa joka dezake eta, beraz, mikrolaser iturri aproposa bihur daiteke. Ikertzaileek uste dute uhin-luzera laburreko nanolaser hau konputazio optikoaren, informazio-biltegiratzearen eta nanoanalizatzailearen arloetan erabil daitekeela.
3. Putzu kuantikoen laserrak
2010 baino lehen eta ondoren, txipa erdieroalean grabatutako lerro-zabalera 100 nm edo gutxiagora iritsiko da, eta zirkuituan elektroi gutxi batzuk baino ez dira mugituko, eta elektroi baten igoerak eta jaitsierak eragin handia izango du zirkuituaren funtzionamenduan. Arazo hau konpontzeko, putzu kuantikoko laserrak jaio ziren. Mekanika kuantikoan, elektroien mugimendua mugatzen eta kuantifikatzen duen potentzial-eremuari putzu kuantiko deitzen zaio. Murrizketa kuantiko horri energia kuantikoko mailak eratzeko erabiltzen da erdieroale laserraren geruza aktiboan, energia-mailen arteko trantsizio elektronikoak laserraren erradiazio kitzikatua menderatu dezan, hau da, putzu kuantikoko laserra. Bi putzu kuantikoko laser mota daude: lerro kuantikoko laserrak eta puntu kuantikoko laserrak.
① Lerro kuantikoa laserra
Zientzialariek laser tradizionalak baino 1.000 aldiz indartsuagoak diren hari kuantikozko laserrak garatu dituzte, ordenagailu eta komunikazio gailu azkarragoak sortzeko urrats handia emanez. Laser hau, audioaren, bideoaren, Interneten eta zuntz optikoko sareen bidezko beste komunikazio modu batzuen abiadura handitu dezakeena, Yale Unibertsitateko, New Jerseyko Lucent Technologies Bell LABSeko eta Dresdengo (Alemania) Max Planck Fisikako Institutuko zientzialariek garatu dute. Potentzia handiagoko laser hauek errepikagailu garestien beharra murriztuko lukete, komunikazio-lerroan zehar 80 km-tik behin instalatzen direnak, berriro ere zuntzetik zehar bidaiatzen duten heinean intentsitate gutxiagoko laser pultsuak sortuz (Errepikagailuak).
Argitaratze data: 2023ko ekainaren 15a