គំនិត និងការបែងចែកប្រភេទណាណូឡាស័រ

Nanolaser គឺជាប្រភេទឧបករណ៍មីក្រូ និងណាណូដែលផលិតពីវត្ថុធាតុណាណូដូចជា nanowire ជាឧបករណ៍បំពងសំឡេង ហើយអាចបញ្ចេញឡាស៊ែរក្រោមការរំភើបចិត្ត ឬឆក់អគ្គិសនី។ ទំហំនៃឡាស៊ែរនេះច្រើនតែមានទំហំរាប់រយមីក្រូ ឬរាប់សិបមីក្រូ ហើយអង្កត់ផ្ចិតគឺអាស្រ័យលើលំដាប់ណាណូម៉ែត្រ ដែលជាផ្នែកសំខាន់នៃការបង្ហាញខ្សែភាពយន្តស្តើងនាពេលអនាគត អុបទិករួមបញ្ចូលគ្នា និងវាលផ្សេងៗទៀត។

ចំណាត់ថ្នាក់នៃ nanolaser

1. ឡាស៊ែរ Nanowire

ក្នុងឆ្នាំ 2001 អ្នកស្រាវជ្រាវនៅសាកលវិទ្យាល័យកាលីហ្វ័រញ៉ា Berkeley នៅសហរដ្ឋអាមេរិកបានបង្កើតឡាស៊ែរតូចបំផុតរបស់ពិភពលោក - ណាណូឡាស័រ - នៅលើខ្សែ nanooptic ត្រឹមតែមួយពាន់នៃប្រវែងនៃសក់មនុស្ស។ ឡាស៊ែរនេះមិនត្រឹមតែបញ្ចេញកាំរស្មីអ៊ុលត្រាវីយូឡេប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងអាចសម្រួលដល់ការបញ្ចេញឡាស៊ែរដែលមានចាប់ពីពណ៌ខៀវរហូតដល់កាំរស្មីអ៊ុលត្រាវីយូឡេជ្រៅ។ ក្រុមអ្នកស្រាវជ្រាវបានប្រើបច្ចេកទេសស្តង់ដារមួយហៅថា អេពីភីធី ទិស ដើម្បីបង្កើតឡាស៊ែរពីគ្រីស្តាល់អុកស៊ីដស័ង្កសីសុទ្ធ។ ពួកវាដំបូងគេ "ដាំដុះ" nanowires ពោលគឺបង្កើតឡើងនៅលើស្រទាប់មាសដែលមានអង្កត់ផ្ចិតពី 20nm ទៅ 150nm និងប្រវែងខ្សែស័ង្កសីអុកស៊ីដសុទ្ធ 10,000 nm ។ បន្ទាប់មក នៅពេលដែលអ្នកស្រាវជ្រាវបានធ្វើឱ្យសកម្មគ្រីស្តាល់ស័ង្កសីអុកស៊ីដសុទ្ធនៅក្នុង nanowires ជាមួយនឹងឡាស៊ែរមួយផ្សេងទៀតនៅក្រោមផ្ទះកញ្ចក់ គ្រីស្តាល់ស័ង្កសីអុកស៊ីដសុទ្ធបានបញ្ចេញឡាស៊ែរដែលមានរលកពន្លឺត្រឹមតែ 17nm ។ ណាណូឡាស័របែបនេះនៅទីបំផុតអាចត្រូវបានប្រើដើម្បីកំណត់អត្តសញ្ញាណសារធាតុគីមី និងធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវសមត្ថភាពផ្ទុកព័ត៌មាននៃថាសកុំព្យូទ័រ និងកុំព្យូទ័រ photonic ។

2. Ultraviolet nanolaser

បន្ទាប់ពីការមកដល់នៃមីក្រូឡាស៊ែរ ឡាស៊ែរមីក្រូឌីស ឡាស៊ែរមីក្រូរីង និងឡាស៊ែរ quantum avalanche lasers គីមីវិទូ Yang Peidong និងសហការីរបស់គាត់នៅសាកលវិទ្យាល័យកាលីហ្វ័រញ៉ា Berkeley បានបង្កើត nanolasers សីតុណ្ហភាពបន្ទប់។ ណាណូឡាស៊ែរស័ង្កសីនេះអាចបញ្ចេញឡាស៊ែរដែលមានទទឹងបន្ទាត់តិចជាង 0.3nm និងរលកប្រវែង 385nm ក្រោមការរំជើបរំជួលពន្លឺ ដែលត្រូវបានគេចាត់ទុកថាជាឡាស៊ែរតូចបំផុតក្នុងពិភពលោក និងជាឧបករណ៍អនុវត្តជាក់ស្តែងដំបូងគេដែលផលិតដោយប្រើបច្ចេកវិទ្យាណាណូ។ នៅក្នុងដំណាក់កាលដំបូងនៃការអភិវឌ្ឍន៍ អ្នកស្រាវជ្រាវបានទស្សន៍ទាយថា ZnO nanolaser នេះងាយស្រួលផលិត ពន្លឺខ្ពស់ ទំហំតូច ហើយដំណើរការគឺស្មើ ឬប្រសើរជាងឡាស៊ែរពណ៌ខៀវ GaN ។ ដោយសារតែសមត្ថភាពក្នុងការបង្កើតអារេ nanowire ដង់ស៊ីតេខ្ពស់ ណាណូឡាស ZnO អាចបញ្ចូលកម្មវិធីជាច្រើនដែលមិនអាចធ្វើទៅបានជាមួយឧបករណ៍ GaAs នាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ។ ដើម្បីរីកលូតលាស់ឡាស៊ែរបែបនេះ ZnO nanowire ត្រូវបានសំយោគដោយវិធីសាស្រ្តដឹកជញ្ជូនឧស្ម័នដែលជំរុញការលូតលាស់គ្រីស្តាល់ epitaxial ។ ដំបូង ស្រទាប់ខាងក្រោមត្បូងកណ្តៀងត្រូវបានស្រោបដោយស្រទាប់នៃខ្សែភាពយន្តមាសក្រាស់ 1 nm ~ 3.5nm ហើយបន្ទាប់មកដាក់វានៅលើទូកអាលុយមីញ៉ូម សម្ភារៈ និងស្រទាប់ខាងក្រោមត្រូវបានកំដៅដល់ 880 ° C ~ 905 ° C នៅក្នុងលំហូរអាម៉ូញាក់ដើម្បីផលិត។ ចំហាយ Zn ហើយបន្ទាប់មកចំហាយ Zn ត្រូវបានបញ្ជូនទៅស្រទាប់ខាងក្រោម។ Nanowires នៃ 2μm ~ 10μm ជាមួយនឹងតំបន់កាត់កែងប្រាំមួយត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុងដំណើរការលូតលាស់នៃ 2min ~ 10min ។ អ្នកស្រាវជ្រាវបានរកឃើញថា ZnO nanowire បង្កើតជាប្រហោងឡាស៊ែរធម្មជាតិដែលមានអង្កត់ផ្ចិតពី 20nm ទៅ 150nm ហើយភាគច្រើន (95%) នៃអង្កត់ផ្ចិតរបស់វាគឺ 70nm ទៅ 100nm ។ ដើម្បីសិក្សាពីការបំភាយ nanowires ដែលត្រូវបានជំរុញ អ្នកស្រាវជ្រាវបានបូមសំណាកដោយអុបទិកនៅក្នុងផ្ទះកញ្ចក់ជាមួយនឹងទិន្នផលអាម៉ូនិកទីបួននៃ Nd:YAG laser (266nm wavelength, 3ns pulse width)។ ក្នុងអំឡុងពេលនៃការវិវត្តន៍នៃវិសាលគមបំភាយ ពន្លឺត្រូវបានខ្វិនជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃថាមពលបូម។ នៅពេលដែលការបិទភ្ជាប់លើសពីកម្រិតនៃ ZnO nanowire (ប្រហែល 40kW/cm) ចំនុចខ្ពស់បំផុតនឹងបង្ហាញនៅក្នុងវិសាលគមនៃការបំភាយ។ ទទឹងបន្ទាត់នៃចំណុចខ្ពស់បំផុតទាំងនេះគឺតិចជាង 0.3nm ដែលច្រើនជាង 1/50 តិចជាងទទឹងបន្ទាត់ពីចំនុចកំពូលនៃការបំភាយនៅក្រោមកម្រិត។ ទទឹងបន្ទាត់តូចចង្អៀតទាំងនេះ និងការកើនឡើងយ៉ាងឆាប់រហ័សនៃអាំងតង់ស៊ីតេនៃការបំភាយបាននាំឱ្យអ្នកស្រាវជ្រាវសន្និដ្ឋានថាការបំភាយដែលបានជំរុញពិតជាកើតឡើងនៅក្នុង nanowires ទាំងនេះ។ ដូច្នេះ អារេ nanowire នេះអាចដើរតួជា resonator ធម្មជាតិ ហើយក្លាយជាប្រភពមីក្រូឡាស៊ែរដ៏ល្អ។ អ្នកស្រាវជ្រាវជឿថា nanolaser រលកខ្លីនេះអាចប្រើប្រាស់ក្នុងវិស័យកុំព្យូទ័រអុបទិក ការផ្ទុកព័ត៌មាន និង nanoanalyzer ។

3. ឡាស៊ែរ Quantum well

មុន និងក្រោយឆ្នាំ 2010 ទទឹងបន្ទាត់ដែលបានគូសនៅលើបន្ទះឈីប semiconductor នឹងឈានដល់ 100nm ឬតិចជាងនេះ ហើយនឹងមានអេឡិចត្រុងមួយចំនួនប៉ុណ្ណោះដែលផ្លាស់ទីក្នុងសៀគ្វី ហើយការកើនឡើង និងថយចុះនៃអេឡិចត្រុងនឹងមានឥទ្ធិពលយ៉ាងខ្លាំងទៅលើប្រតិបត្តិការរបស់ សៀគ្វី។ ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហានេះ ឡាស៊ែរ Quantum Well បានកើតមក។ នៅក្នុងមេកានិចកង់ទិច វាលសក្តានុពលដែលរារាំងចលនារបស់អេឡិចត្រុង និងកំណត់បរិមាណពួកវាត្រូវបានគេហៅថា អណ្តូងកង់ទិច។ ឧបសគ្គ quantum នេះត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើតកម្រិតថាមពល quantum នៅក្នុងស្រទាប់សកម្មនៃឡាស៊ែរ semiconductor ដូច្នេះការផ្លាស់ប្តូរអេឡិចត្រូនិចរវាងកម្រិតថាមពលគ្របដណ្តប់លើវិទ្យុសកម្មរំភើបនៃឡាស៊ែរ ដែលជា quantum well laser ។ ឡាស៊ែរ Quantum Well មានពីរប្រភេទគឺ ឡាស៊ែរបន្ទាត់ Quantum និង quantum dot lasers។

① ឡាស៊ែរបន្ទាត់ Quantum

អ្នកវិទ្យាសាស្ត្របានបង្កើត quantum wire lasers ដែលមានថាមពលខ្លាំងជាងឡាស៊ែរបុរាណ 1,000 ដង ដោយបានបោះជំហានដ៏ធំមួយឆ្ពោះទៅរកការបង្កើតកុំព្យូទ័រ និងឧបករណ៍ទំនាក់ទំនងលឿនជាងមុន។ ឡាស៊ែរ ដែលអាចបង្កើនល្បឿននៃសម្លេង វីដេអូ អ៊ីនធឺណិត និងទម្រង់ទំនាក់ទំនងផ្សេងទៀតតាមបណ្តាញ fiber-optic ត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រនៅសាកលវិទ្យាល័យ Yale, Lucent Technologies Bell LABS ក្នុងរដ្ឋ New Jersey និងវិទ្យាស្ថាន Max Planck សម្រាប់រូបវិទ្យានៅទីក្រុង Dresden ។ អាល្លឺម៉ង់។ ឡាស៊ែរដែលមានថាមពលខ្ពស់ទាំងនេះនឹងកាត់បន្ថយតម្រូវការសម្រាប់ Repeaters ថ្លៃ ៗ ដែលត្រូវបានដំឡើងរៀងរាល់ 80 គីឡូម៉ែត្រ (50 ម៉ាយ) តាមខ្សែបន្ទាត់ទំនាក់ទំនង ផលិតម្តងទៀតនូវឡាស៊ែរដែលមិនសូវខ្លាំងនៅពេលពួកគេធ្វើដំណើរតាមសរសៃ (Repeaters) ។