Was ist ein Nanolaser?
Ein Nanolaser hat alle typischen Eigenschaften eines Lasers in Standardgröße. Das bedeutet, dass Licht durch die stimulierte Emission von Strahlung verstärkt wird. Der Hauptunterschied zu einem Nanolaser ist die Skala sowohl des Mechanismus als auch des Lichtstrahls, der emittiert wird. Das Präfix "nano" leitet sich von einem griechischen Wort ab, das "Zwerg" bedeutet. Dementsprechend ist ein Nanolaser viel kleiner als ein Standardlaser, sowohl in Bezug auf die Grundfläche als auch auf den emittierten Strahl. Tatsächlich sind die meisten Nanotechnologien oft zehn- oder hundertmal kleiner als herkömmliche Technologien.
Nanolaser bieten die Möglichkeit, den über die Beugungsgrenze des Lichts hinaus emittierten Lichtstrahl zu kondensieren oder einzuschränken. Als wissenschaftliches Konzept bezieht sich die Beugungsgrenze von Licht auf die Fähigkeit, Licht einzugrenzen. Früher glaubten Wissenschaftler, dass Licht auf maximal die Hälfte seiner Wellenlänge begrenzt werden kann. Solche Grenzen wurden als Beugungsgrenze des Lichts angesehen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lasern können Nanolaser einen Lichtstrahl jedoch bis zu 100-mal kleiner als die Hälfte seiner Wellenlänge einschränken.
Laser arbeiten über eine komplexe Beziehung zwischen sichtbarem Licht, Photonen und Wellenlängen. Optische Resonatoren, die Komponenten, die zur Steuerung der Rückkopplung in einem Laser verwendet werden, werden benötigt, um die Oszillation von Photonen zu erzeugen, die für die Lichtemission des Lasers erforderlich ist. Vor der Entwicklung der Nanolaser-Technologie wurde angenommen, dass die minimale Resonatorgröße die Hälfte der Wellenlänge des Laserlichts beträgt. Durch die Verwendung von Oberflächenplasmonen anstelle von Photonen konnten die Entwickler den für Nanolaser erforderlichen Resonator verkleinern und so die kleinsten Laser der Welt herstellen.
Der erste funktionierende Nanolaser wurde 2003 entwickelt. Vorschläge und Vorschläge für Nanolasertechnologien begannen Ende der 1950er Jahre, obwohl sich anfängliche Miniaturplasmonlaser als unpraktisch erwiesen. Seit 2003 haben zahlreiche Weiterentwicklungen und Verfeinerungen der Nanolasertechnologie zu immer kleiner werdenden Formaten geführt. Ab 2011 war der kleinste Nanolaser als Spaser bekannt, wobei der Name ein Akronym für "Oberflächenplasmonverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission" ist.
Zu den Anwendungen für diese winzigen Laser zählen Computer, Unterhaltungselektronik, medizinische Anwendungen und Mikroskope, um nur einige zu nennen. Zum Beispiel können Spasers so klein gemacht werden, dass sie in einen Computerchip passen und die Informationsverarbeitung über Licht oder Elektronen ermöglichen. Ähnliche Nanotechnologien mit Halbleiterlasern, die als biomedizinische Mikrogeräte bezeichnet werden, wurden entwickelt. Mit diesen biomedizinischen Nanolaser-Geräten können Wissenschaftler mithilfe der Nanotechnologie Krebszellen von gesunden Zellen unterscheiden.