Нанолазеры на основе оксида цинка
Решение
Наностержень условно можно представить в виде цилиндра. Его объем V = pi*R2h = 3,14×(10-6см)2×0,1 см = 3,14×10-13 см3. Масса цилиндра m = rV = 5,75×3,14×10-13 = 1,806×10-
Некоторые простейшие способы получения оксида цинка:
2Zn + O2 = 2ZnO
ZnCO3 = ZnO + CO2
2Zn(NO3)2 = 2ZnO + 4NO2 + O2
Zn(OH)2 = ZnO + H2O
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2
"Испарение" оксида цинка: небольшие количества паров оксида цинка («философская шерсть» по терминологии алхимиков) можно получить лазерным разогревом поверхности ZnO. Другой способ – испарение цинка (tкип ~ 900 оС) и окисление паров цинка кислородом.
Для работы лазеров необходимо создание «инверсной заселенности», когда возбужденные носители заряда «скапливаются» на каком-то из уровней, чтобы потом «массово» вернуться в основное состояние. Увеличенное на порядки время жизни на таком уровне (подуровне), как правило, связано с квантовыми запретами на переход непосредственно с этого уровня на ближайший доступный (более низкий по энергии) уровень. В полупроводниковом лазере активная среда – это электронно-дырочный газ, а рабочей областью является р-n – переход. При подаче на анод полупроводникового диода положительного потенциала, происходит смещение электронов из n-области в р-область и обратный переход дырок. Электроны и дырки, оказавшиеся вблизи, спонтанно рекомбинируют с выделением фотона, то есть излучая свет. Если электрон и фотон находятся вблизи в течение времени, достаточного для прохождения через эту область фотона определенной (резонансной) частоты, возможна рекомбинация электрона и дырки с выделением второго фотона, обладающего теми же характеристиками, что и первый протон. Полупроводниковый лазер представляет собой плоский p-n-переход большой площади. Он представляет собой тонкий полупроводниковый кристалл, верхний слой которого легирован по n-типу, а нижний – по р-типу. Торцовые грани кристалла параллельны и тщательно отполированы, образуя оптический резонатор. Фотон спонтанного излучения, многократно проходя вдоль резонатора, вызывает лавину фотонов, то есть лазерное излучение. Длина излучения полупроводникового лазера зависит от ширины запрещенной зоны.
Нанолазеры – это высокоэффективные миниатюрные источники света. Они могут найти применение в микроанализе, медицине, системах хранения данных, дисплеях компьютеров. Подсчитано, что замена использующихся сегодня для записи на CD красных лазеров на нанолазеры, приведет к возрастанию плотности записи более чем в тысячу раз.
Автор – доцент А.А.Дроздов
