纳米激光器的技术进展.doc

《纳米激光器的技术进展.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、纳米激光器的技术进展1960年人类制作出了第一台激光器。40多年过去了，激光器无论在其种类上或其性能上都呈现出缤纷异彩的发展。自第一台红宝石激光器的问世，继之气体激光器、各类同体激光器、半导体激光器、液体激光器、准分了激光器、X射线激光器、自由电了激光器、量子阱激光器、量了点激光辭、孤了激光器等也先示被研制出来。激光科学与技术的突飞猛进发展,导致许多现代科学技术对激光的重要应用，同时也带动了多种新学科的发展并促进了诸多边缘学科的形成。然而随着人类社会科技的进步，激光器木少的发展从未停息脚步。《Science》发表了芙国California大学Berkeley分校M.Huang

2、和RYang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。半时他们先绘在蓝宝冇基底上镀上1〜3.5微米厚度的金，然丿酎巴它们放到铝的蒸发川L屮，在制气屮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。育径为20-150nm的纳米线白然形成了一个激光腔。在室温下截血为六角形的纳氷线样品用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。这样一來，受激辐射发射的光便沿WZnO纳米线屮心袖

3、的方向在纳米线的末端表平面上会聚。在发射光谱的变化过程屮，随看功率的增加可以观察到激光产生的过程.当激励的能暈超过ZnO纳米线的阈值时(其阈值约为40kW/cm2),经测量，发射光谱出现了线宽为0.3微米的尖峰，这比低于阈值时的白发辐射产生的约15微米的峰值线宽要小得多。正是这些窄线宽和发射能量的快速增长便可断定纳米线发匸了受激辐射.大家知道产生激光的三个要素是工作物质、泵浦源和谐振腔。在构建的纳米激光器屮，前两者U具备，那么谐振腔则无需如一般激光器那样装配上半反和全反的反射镜，因为这一纳米线便是天然的激光器的谐振腔。纳米线的一端是蓝宝石和ZnO纳米线Z间的外延分界血，另一端

4、是ZnO纳米线的端面。这就白然地形成了纳米激光辭的激光谐振腔，因为蓝宝石以及ZnO和空气的折射率分别是1.8,2.45和1。用Nd:YAG激光器的四次谐波的激光泵浦在ZnO纳米线上便获得了脉宽为0.3nm,波长为385nm的激光。这种氧化锌(ZnO)纳米激光一世界上最小的激光器从那时起便问世了，这也是纳米技术诞生以来的第一•项实际的应用。当然，这种纳米激光器还属是一个最初阶段，然而在工艺的简易程度，亮度以及尺寸方面，ZnO纳米激光器均可以和当时的GaN蓝色半导体激光器相媲美的。如果不用Nd：YAG激光器的川次谐波的激光做泵浦源，而改用电流来激活纳氷线，这样的纳米激光器岂不是更

5、为理想吗?据《Nature》杂志报道，美国哈佛大学以CharlesUeber为首的科学家们成功地研制出不需外来激光泵浦的一种新型电驱动的纳米激光器，英是用外电流激励泵浦的。这种外电流激励泵浦的新型激光器实际上是以半导体硫化镉为原料制成的纳米线。将硫化镉纳米线安装在涂侑硅材料的基底上，制成一个冋路。接通电源麻，便可观察到，在一定电压下，电流通过硅材料流向硫化镉纳米线，纳米

6、线的另一端随即发出蓝绿色的光。随着电流强度增大，光的颜色变得单…，波长也相当短。在这种情况下硫化镉纳米线所发出的光便是激光。在随后的实验中，他们使川了不同的半导体材料，rh此制成的激光器发岀的激光颜色也各不相同，氮化铸纳米线发出蓝色到紫外的光，磷化锢纳米线发岀红外光。CharlesUeber等人的研究小组用涂覆在硅基片上硫化镉纳米线而研制成功的纳米激光器，其屮电接触是通过涂覆硫化镉纳米线表面的金属导体层来实现的，在加上一定电压时会有电流通过这种结构，而硫化镉纳米线末端开始发出波长约为490微米的蓝绿色激光。当电流达到一定值，发出的激光会变成几乎是单色光，单色光是感应式激光的对

7、靠特征。其他的半导体材料，例如氮化掾和磷化钢，能产生更宽波段的激光，实际上这样构成的纳米激光器所发出的激光可覆盖从紫外线到红外线整个波段。纳米激光器的微小尺寸可以使光子被限制在少数几个状态上，而低音廊效应则使光子受到约束，育到所产生的光波累积起足够多的能量麻透过此结构。H结果是激光器达到极高的工作效率，而能量阈则很低。纳氷激光器实际上是一根弯曲成极薄的面包圈的形状的光了•导线，实验发现，纳米激光器的大小和形状能够有效控制它发射出的光了的量了行为，从而影响激光器的T作。研究还发现，纳米激光器丁•作时貝需约