Lasers tau siv dav hauv kev sib txuas lus, kev kho mob kev kho mob thiab kev phais mob, cov neeg siv khoom siv hluav taws xob thiab lwm thaj teb, thiab tau hloov pauv tib neeg lub neej. Nyob rau hauv xyoo tsis ntev los no, nyob rau hauv thiaj li yuav ua qhov loj me ntawm lasers me dua, cov kws tshawb fawb tau tsim cov khoom siv tshiab rau kev sib cuam tshuam ntawm lub teeb thiab teeb meem nyob rau hauv cov xwm txheej huab. Kab lus no pib nrog tiam lub teeb thiab yuav siv sij hawm koj los tshawb txog lub ntiaj teb ntawm cov nanolasers hauv qhov tob.
Hauv kev ua teb cov ntaub ntawv thev naus laus zis, cov transistors thiab lasers yog ob qho tseem ceeb. Txoj kev kawm me me tau txhawb txoj kev loj hlob sai ntawm cov chips hluav taws xob uas muaj peev xwm ua tau raws li kev sib xyaw ua ke txhua 18 lub hlis lossis yog li ntawd. Cov qauv no tau thawb qhov loj ntawm cov trantors tshaj plaws rau theem nanometer. Tam sim no, ntau dua 10 txhiab tus neeg siv hluav taws xob tuaj yeem ua rau lub xov tooj ntawm tes thiab cov khoom siv hluav taws xob muaj peev xwm siv tau cov peev xwm uas muaj peev xwm siv tau thiab muaj peev xwm tuaj txog ntawm lub ERA. Nyob rau tib lub sijhawm, txoj miniaturization ntawm lasers tau ua rau muaj kev hloov pauv ntawm lub photonic tshuab. Tom qab ntau tshaj li ib nrab xyoo ntawm kev loj hlob, me me semiconductor lasers tau siv dav hlau, kev kho mob, cov khoom siv hluav taws xob, cov teeb pom kev zoo thiab lwm thaj teb.
Scalering lasers yog qhov nyuaj dua li cov transistors vim tias lawv cia siab rau ntau qhov sib txawv me me me me ntawm cov hluav taws xob, thaum lasers cia siab rau photons. Hauv kev pom thiab ze-infrared bands, photon wavelengths yog peb xaj ntawm qhov ntau dua li lub tshuab hluav taws xob hauv transist hauv transistors. Raug rau cov kev txwv tsis pub dhau, hom tsawg kawg nkaus ntim tau rau hauv qhov kev txiav txim yog cuaj lub sij hawm, lossis ib lub sij hawm ntau dua, loj dua li cov tshuab hluav taws xob hauv qhov transistor. Cov kev sib tw tseem ceeb hauv tsev Nanoscale lasers yog yuav ua li cas tawg los ntawm cov kev sib txawv thiab "compress" lub ntim ntawm photons mus rau qhov txwv. Kev kov yeej cov teeb meem no yuav tsis tsuas yog txhawb kev txhim kho ntawm photonic thev naus laus zis, tab sis tseem yuav tau txais ntau cov ntawv thov kev xaiv tshiab. Xav tias thaum photons, zoo li cov tshuab hluav taws xob, tuaj yeem hloov kho cov qauv zoo ncaj qha, peb tuaj yeem tsim cov khoom siv nplua ncaj qha, thiab peb tuaj yeem tsim cov khoom siv nplua muaj kev txhim kho zoo heev.
Nyob rau hauv xyoo tsis ntev los no, los ntawm kev plasmons thiab lus taw qhia lub teeb contization tau tshaj lub chaw kho kho qhov muag tsis pub tshaj tawm thiab nkag mus rau cov nanolasers.
1. Qhib lub qhov rooj ci ntsa iab los tshawb txog qhov tsis paub
Nyob rau hauv xwm, lub teeb yog tsim nyob rau hauv ob txoj kev: exnontaneous hluav taws xob thiab hluav taws xob ntau.
Tshuav hluav taws xob yog cov txheej txheem zoo. Txawm tias hauv kev tsaus ntuj nti thiab tsis muaj lub photons sab nraud, teeb meem tuaj yeem emit teeb ntawm nws tus kheej. Qhov no yog vim lub tshuab nqus tsev tsis yog "khoob". Nws tau sau nrog me me lub zog hloov pauv, hu ua Nqus Pes Tsawg-point Zog. Nqus plua plav-point zog tuaj yeem ua rau pom qhov tseem ceeb los tso cov photons. Piv txwv li, teeb pom kev zoo rau cov tswm ciab ua rau muaj candlelight. Keeb kwm ntawm tib neeg kev siv hluav taws tuaj yeem raug rov qab mus rau ntau dua 1 lab xyoo dhau los. Hluav taws coj lub teeb thiab sov rau tib neeg poj koob yawm txwv thiab qhib tshooj ntawm kev vam meej. Cov nplaim taws thiab cov teeb meem incandescent yog ob qho zoo li hluav taws xob. Lawv hlawv lossis kub kom muab cov hluav taws xob muab tso rau hauv lub zog hluav taws xob, thiab tom qab ntawd tso cov photons hauv qab lub zog ntawm lub thoob lub ntiaj teb.
Txhawb hluav taws xob nthuav qhia cov kev cuam tshuam tob ntawm lub teeb thiab teeb meem. Thaum sab nraud photo hla los ntawm cov tshuaj nyob rau hauv lub xeev zoo siab, nws ua cov tshuaj uas tso tawm ib yam li qhov xwm txheej tshiab uas yog tib yam li cov xwm txheej tshiab. Qhov no "photied" photon ua rau lub teeb nqaj yeej qhia thiab xwm yeem, uas yog laser peb paub zoo. Txawm hais tias qhov tsim muaj ntawm lub laser tsawg dua li lub xyoo dhau los, nws tau sai dhau los ua lub neej rau pej xeem, coj txog lub ntiaj teb kev hloov pauv.
Qhov tsim muaj ntawm lub laser tau qhib lub qhov rooj ci ntsa iab rau noob neej tshawb nrhiav tsis paub. Nws muab peb nrog cov cuab yeej muaj zog thiab txhawb nqa kev txhim kho kev txhim kho ntawm kev vam meej niaj hnub no. Hauv kev sib txuas lus thiab kev sib txuas lus, lasers tau ua kom muaj fiber ntau-optic kev sib txuas lus ib qho kev muaj tiag thiab ua rau ntiaj teb interconnection ua tau. Hauv kev kho mob, laser phais yog tus cwj pwm siab thiab siv cov neeg mob me me thiab muaj kev nyab xeeb dua. Hauv kev lag luam tsim, laser txiav thiab ua kom zoo txhim kho kev ua haujlwm thiab cov khoom lag luam kom haum, cov tib neeg los tsim cov khoom siv ntau dua thiab cov khoom siv. Hauv kev tshawb fawb, lasers yog cov cuab yeej tseem ceeb rau cov thev naus ya kom muaj kev sib tsoo, pab cov kws tshawb fawb nthuav tawm ntawm lub ntiaj teb.
Los ntawm cov ntawv luam ntawv laser thiab kev kho mob ua kom zoo nkauj hauv lub neej niaj hnub, laser riam phom, laser radar fusion, laser nyob rau hauv txiav kev loj hlob ntawm kev txhim kho ntiaj teb. Nws tsis tau tsuas yog hloov peb txoj kev ntawm lub neej, tab sis kuj nthuav tawm muaj peev xwm ntawm tib neeg kom nkag siab thiab hloov xwm.
2. Cov cuab yeej muaj zog los nkag siab thiab ua phem
Kev tshoov siab los ntawm Plank's Blackbody Luj Laug, Einstein tau thov lub tswvyim ntawm hluav taws xob hauv xyoo 1917, thiab qhov kev tshawb pom no tso lub hauv paus rau kev tsim muaj ntawm lasers. Xyoo 1954, cov kws tshawb fawb American Lawv siv zoo siab ammonia molecules raws li tau txais media thiab siv Microwave resonant kab noj hniav txog 12 cm Lub microwave meus tau suav tias yog tus thawj ntawm lub laser, tab sis cov laser tuaj yeem tsim hluav taws xob ntau dua li cov khoom loj, thiab cov lus qhia siab muaj peev xwm nqa tau muaj peev xwm.
Xyoo 1960, tus kws tshawb fawb American Maiman tau tsim thawj thawj laser. Nws tau siv ruby pas nrig txog 1 cm ntev li qhov tau txais nruab nrab, thiab ob kawg ntawm tus pas nrig tau plhuav ua raws li cov kev cuam tshuam los muab cov lus tawm tshiab. Nyob rau hauv qhov kev zoo siab ntawm lub teeb nyem, cov cuab yeej tsim cov khoom siv roj laser nrog 694.3 nanometers. Nws yog tsim nyog sau tseg tias qhov loj ntawm microwave merer yog nyob rau tib yam kev txiav txim ntawm qhov ntau li nws nthwv dej. Raws li cov kev sib raug zoo no, qhov loj ntawm lub laser yuav tsum yog txog 700 nanometers. Txawm li cas los xij, qhov loj ntawm thawj laser tau loj dua qhov no, los ntawm ntau tshaj 4 xaj ntawm qhov ntau. Nws siv sijhawm li 30 xyoo mus rau hauv lub laser mus rau qhov loj me me piv rau lub nthwv dej ib xyoo los tsoo lub nthwv dej kom sib sib zog nqus thiab paub meej tob subwavelength lasers.
Piv nrog rau lub teeb pom kev zoo ib yam, lub zog hluav taws xob ntawm microwave masers thiab lasers yog ntau zaus nyob rau hauv ib tug heev nqaim zaus ntau. Yog li no, ob qhov kev tsim muaj no tuaj yeem suav tias yog hauv zos hluav taws xob tsis muaj qhov chaw muaj hluav taws xob ntau. Kev ntsuas hluav taws xob ntau kuj tseem siv tau loscerved electromagnetic vuag nyob rau lub sijhawm, lub zog thiab chaw ntev. Los ntawm zos hluav taws xob hluav taws xob hauv qhov loj me, cov qauv siv laser muaj peev xwm ua tiav cov khoom siv ceev, uas muaj cov ntaub ntawv nrawm, xa cov ntaub ntawv thiab lub zog dhau mus deb , ua tiav cov miniaturization me me, thiab tau txais kev daws teeb meem ntau dua.
Txij li thaum kev tawm tsam ntawm lasers, cov neeg tau ua tas mus li hauv lub teeb cig li cas ntawm lub teeb ci ntsa iab ntawm lub teeb ua si ntawm lub teeb ci ntsa iab thiab chaw ua haujlwm laser, ua laser cov cuab yeej muaj zog rau kev nkag siab thiab siv cov khoom siv Cov.
Hauv cov zaus qhov loj me, los ntawm cov kab ke siab zoo, kev tswj hwm kev sib cais, ua kom muaj txiaj ntsig zoo hauv kev ua kom ruaj khov (2001 nobel nqi zog hauv physics), precision laser spectroscopy ( Xyoo 2005 Nobel khoom plig hauv Physics) thiab nrhiav kom pom ya mus rau lub qhov kev pom muaj zog (2017 Nobel nqi zog hauv Physics).
Nyob rau hauv lub sij hawm dimension, hom kev siv tshuab xauv thiab high-txiav txim siab harmonic tiam thev naus laus zis ua rau ultrashort laser pulse ua qhov tseeb. Los ntawm cov huab cua huab hauv zos, aphosecond lasers tuaj yeem tsim lub teeb lub teeb uas tau ntev tsuas yog hais txog ib qho kho tshiab. Qhov kev sib tsoo no ua rau nws tuaj yeem pom cov txheej txheem ultrafast xws li kev txav ntawm txheej txheem ntawm atoms, thiab yeej 2023 Nobel nqi zog hauv Physics.
Nyob rau hauv lub zog loj, kev loj hlob ntawm loj-Cheeb Tsam Ib-hom lasers tau ua tiav qhov chaw siab ntawm lub zog, ua cov nqaj laser heev. Lub txiaj ntsig zoo ua laser yuav tsum txhawb txoj kev loj hlob ntawm ultra-ntev-deb-deb-deb intersters kev sib txuas lus siab ceev kev sib txuas lus siab.
Nyob rau hauv cov nplaim hluav taws xob, cov lus qhia ntawm nto plasmons thiab mus txog ib qho kev ntsuas hluav taws xob tsis pub dhau (λ / 2n) 3 (uas yog nthwv dej ntawm qhov chaw pub dawb Thiab n yog qhov ntsuas qhov hluav taws xob ua haujlwm ntawm cov khoom), yog li muab cov nanolasers tau. Qhov tshwm sim ntawm cov nanolasers muaj qhov tseem ceeb rau kev ua kom cov ntaub ntawv tshiab thev naus laus zis thiab kev sib cuam tshuam ntawm lub teeb thiab teeb meem nyob rau hauv cov xwm txheej huab.
3. Txhaum lub cev tawm tsam
Ntau tshaj 30 xyoo tom qab tsim muaj ntawm lub laser, nrog kev nkag siab txog micro-semiconductor lasers tau tsim ib qho tom qab lwm tus, suav nrog micro-disk lasers , Photonic Crystal tsis xws luag cov hmoov av thiab nanowire lasers. Xyoo 1992, Tswb Lub Chaw Haujlwm Saib Xyuas hauv Tebchaws Meskas tau paub meej thawj zaug hauv lub micro-disk kom muaj kev cuam tshuam rau cov micro-disk, tsim cov tswv yim realonant thiab ua kom tiav kev txhim kho. Xyoo 1999, lub koom haum California lub koom haum thev naus laus zis uas yog thawj lub xov tooj ntawm lub teeb tsis zoo rau hauv ob lub teeb pom kev zoo rau lub teeb cas. Xyoo 2001, University of California, Berkeley, tiav tiav semiconductor nanowire lasers thawj zaug uas siv lub ntsej muag kawg ntawm Nanowire ua ib qho kev kub ntxhov. Cov lasers txo cov nta loj rau kev txiav txim ntawm ib qho kev txwv tawm, tab sis vim cov kev txwv ntawm cov chaw da dej yog qhov nyuaj rau kev txiav.
Hauv cov duab geometry, qhov ntev ntawm txoj cai-kaum sab xis ntawm ib daim duab peb sab yog tsawg dua li qhov ntev ntawm hypotenuse. On lub microscopic nplai, txhawm rau txhawm rau cov kev txwv tsis pub dhau, qhov ntev ntawm ob sab tesled-salgled ob sab yuav tsum muaj ntau dua tus hypotenuse. Hauv xyoo 2009, peb pawg hauv ntiaj teb thawj zaug pom tau muaj Plasmonic nanolasers uas tsoo los ntawm lub qhov muag tsis txwv. Ntawm lawv, pab pawg ntawm University of California, Berkeley thiab Peking University tau pom ntawm ib-seem Pab pawg ntawm Eindhoven University of Technology hauv Netherlands thiab Arizona State tau tsim lub Plasmonic Nanolas tau tsim los ntawm cov hlau-hlau peb-txheej tiaj tus vaj duab qauv; Pab pawg ntawm Norfolk State University thiab Purdue University hauv Tebchaws Asmeskas cov qauv plasmonic uas tau txais cov hlau me me-nruab nrab pluas raws li cheeb tsam Plasmon Revononance.
Hauv lwm lo lus, los ntawm kev teeb tsa kev xav hauv kev disampersion sib npaug, cov kws tshawb fawb tau tsim ib sab tshwj xeeb sab ntev dua qhov hypotenuse. Nws yog daim duab peb sab tshwj xeeb no uas tso cai rau peb lub cev ua tiav lub teeb ua kom muaj zog hauv zos.
Tom qab ntau tshaj 10 xyoo ntawm kev loj hlob, Plasmon nanolasers tau ua kom pom cov yam ntxwv zoo heev, ultrastrast kev nrawm thiab tsawg zog siv hluav taws xob. Txawm li cas los xij, piv nrog cov ntaub ntawv dielmon, Txawm hais tias lub teeb ci ntsa iab hauv cov hlau kom muaj zog ntawm cov khoom siv dawb, ua rau cov khoom siv cua sov uas muaj zog Kev tau noj thiab txwv nws lub sijhawm nruab nrab.
Hauv 2024, cov pab pawg neeg hauv nroog penon Los ntawm embedding cov hneev-khi Nanoantenna mus rau hauv lub kaum nanocavity Deforaction txwv yog pom ntawm daim dielectric rau thawj zaug. Cov qauv kev tsim qauv no tso cai rau lub teeb teb kom muaj kev nkag siab rau huab, thiab theoretically me me hom ntim, uas yog ntau me dua qhov kho qhov txwv tsis pub tshaj. Tsis tas li ntawd, cov qauv ntse ntawm lub kaum nanocavity ntxiv kom muaj peev xwm ntawm lub teeb ci, thiab nws cov kev hloov kho ntawm lub zog hluav taws xob (piv txwv li, qhov sib piv ntawm lub zog khaws cia hauv lub cev hloov kho kab noj hniav rau lub zog ploj ib puag ncig) muaj peev xwm tshaj 1 lab.
Pab neeg lub tsev kawm ntawv qib siab Peking txuas ntxiv txhim kho qhov kho qhov muag zaus theem ntsuas tshuab raws li cov nanolasers. Lawv tau ua tiav tau pom tias muaj peev xwm muaj peev xwm ntawm cov Teawned Coherent Lasing Technology los ntawm kev tswj hwm txoj hlua khi thiab theem ntawm txhua tus nanolastre array. Piv txwv li, pab neeg siv cov thev naus laus zis no kom ua tiav cov khoom siv kho tshiab ntawm cov qauv xws li kev ua tiav cov kev cia siab hauv kev sib xyaw ua ke , Micro-nano qhov teeb pom kev zoo thiab kev sib txuas lus kho mob. (Tus sau: Ma renmin, xibfwb ntawm lub tsev kawm ntawm physics ntawm physics, Peking University)
