纳米激光器技术简介及发展应用

2012-09-19 10:54

　　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、各类固体激光器、半导体激光器、液体激光器、准分子激光器、Ｘ射线激光器、自由电子激光器、量子阱激光器、量子点激光器、孤子激光器等也先后被研制出来。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。

　　一、纳米激光器简介

　　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。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20~150nm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。

　　在发射光谱的变化过程中，随着功率的增加可以观察到激光产生的过程．当激励的能量超过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，这比低于阈值时的自发辐射产生的约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生了受激辐射．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中，前两者已具备，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纳米线之间的外延分界面，另一端是ZnO纳米线的端面。这就自然地形成了纳米激光器的激光谐振腔，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)纳米激光器——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。

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