آینده نانولیزرهای متامتریال

پروفایل میدان الکتریکی سیگنال لیزر در قسمت های مختلف نانولیزر: (الف) لیزر جلو در موجبر سیلیکونی خروجی، (ب) مقطع X-Y میدان لیزر در امتداد نانولیزر، و (ج) متقاطع X-Z -بخش میدان لیزری در داخل موجبر فراماده.

آینده برای نانولیزرهای متامتریال روشن به نظر می رسد. مانع اصلی از زمان ورود و اختراع لیزرها، اندازه آنها و نحوه دستکاری آنها بود تا به اندازه کافی کوچک باشند تا در تراشه های الکترونیکی قرار گیرند.

اکنون، توسعه نانوتکنولوژی و نانومواد، فناوری نانولیزر فرامواد را برای استفاده در اختیار ما قرار داده است، به گونه‌ای که محققان به جای کار با فوتون‌ها، اکنون ابرهای الکترونی معروف به پلاسمون‌های سطحی را مهار کرده‌اند.

محدودیت های فعلی نانولیزرهای متامتریال

اگرچه کاربردها و استفاده از آنها در بسیاری از صنایع بیشتر است، اما هنوز چالش هایی برای تولید فناوری نانولیزر وجود دارد، از جمله پیکربندی حفره ها و نانولیزرهای تزریقی الکتریکی.

یکی از ضعف های اصلی این است که بیشتر نانولیزرها در مقایسه با تزریق الکتریکی هنوز به صورت نوری پمپ می شوند. علاوه بر این، درک پیکربندی حفره برای توسعه نانولیزرهای با کارایی بالا ضروری است. این زمینه مورد علاقه از نظر فرامواد هنوز به تحقیقات زیادی نیاز دارد تا به توسعه مواد خاصی کمک کند که در این تنظیمات بسیار مفید هستند. تحقیق و توسعه و رساندن این امر به مقیاس صنعتی بالاتر باید دنبال شود تا بر سوالات معلق غلبه و پاسخ داده شود.

اهمیت نانولیزرهای متامتریال

اهمیت نانولیزرهای متامتریال با توجه به اینکه هنوز یک فناوری در حال توسعه هستند، زیاد است و پیشرفت‌های بیشتری در زمینه کاربردها و استفاده صنعتی حاصل نشده است. اکنون می‌توان متامواد را با ساختارها یا الگوهای مصنوعی در مقیاس نانو ساخت تا موادی بسازند که در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار گیرد.

این نانولیزرهای فرامواد به راحتی می توانند نوری را در مقیاس نانو تولید کنند که منسجم است، بر خلاف لیزرهای معمولی، که در آن تراکم و کارایی یک خلأ بزرگ بود.

نانولیزرهای متامتریال آستانه کمی در رابطه با پمپ‌های نوری، نسبت سیگنال به نویز بهتر، میزان بازده داخلی و خارجی بالاتر در مقیاس کوانتومی و طول لیزر کوتاه‌تر متشکل از میکرون‌های بسیار کم و در کل اندازه فشرده خوبی دارند.

با توجه به منحصربه‌فرد بودن نانولیزر و متاماده، محدودیت آستانه لیزر کم، راندمان لیزر بالاتر و سرعت‌هایی که در مدولاسیون‌ها بسیار بالاتر هستند، نانولیزرهای فراماده پتانسیل بالایی در بسیاری از کاربردهای سنجش عملی دارند. کاربردهای دیگر شامل استفاده از نانوسیم ها برای مشخص کردن مواد برای شناسایی در کمترین پارامتر نوری مانند یک مولکول منفرد با مدولاسیون های سریع تر و وضوح بالاتر است. این ویژگی‌ها تاکید می‌کنند که چرا این نانولیزرهای فرامواد در خواص نوری مهم هستند.

کاربردها و مزایای نانولیزر متامتریال جدید

ترجمه با مهندس شکوفه ساتری

نانولیزر متامتریال خواص منحصر به فرد بسیاری دارد. اما ابتدا باید به معنای این مواد نگاهی بیندازیم. متامتریال ها ویژگی مورد نظری را ارائه می دهند که به طور طبیعی یافت نمی شود. آنها معمولا از مواد کامپوزیتی مانند پلاستیک و فلز ساخته می شوند. اینها در الگوهایی مونتاژ می شوند که در مقیاس های بسیار کوچک تکرار می شوند و می توانند بر طول موج تأثیر بگذارند.

منحصر به فرد بودن در طراحی ساختاری آنها منجر به تولید خواص هوشمند می شود که منجر به مدیریت امواج الکترومغناطیسی مختلف با جذب، خمش یا مسدود کردن امواج برای دستیابی به خواص مطلوب می شود.

نمودار شماتیک ساختار نانولیزر متامتریال که قسمت های مختلف لیزر را نشان می دهد.

نانولیزرها نور را در ابعاد نانو ساطع می کنند. آنها با استفاده از نانوسیم ها یا مواد در مقیاس نانو برانگیخته می شوند.

نانولیزرهای متامتریال

محققان با ترکیب متا مواد و نانولیزرها نانولیزرهای متامتریال را ساخته اند که کاربردهای زیادی در صنعت نوری دارند. اینها به گونه ای طراحی شده اند که از هر نوع متامتریال استفاده می شود. فرامواد مورد بحث در بالا دارای برخی موجبرها هستند که به صورت دوره ای نوارها و شکاف های هوا در مقیاس نانو هستند. این موجبرها از همه طرف با هوا حصار می شوند و فقط قسمت زیرین زیرلایه باقی می ماند.

متامتریال بهره می تواند در را برای داشتن منابع نور کارآمد یکپارچه با دستگاه های فوتونیک سیلیکونی در همان پلت فرم باز کند.

شکاف های هوای توزیع شده افقی با نوارهای بهره که به صورت دوره ای توزیع می شوند، عمدتاً برای دستیابی به ضریب شکست مفید متاماده بهبود می یابند که برای کاربرد مورد نظر، عمدتاً لیزر و طول موج پمپ، مناسب است.

فراماده بهره برای پمپاژ نوری کارآمد و انتشار لیزر، و در نتیجه نانولیزر موج سیار با طول کوتاه با اندازه فشرده اجازه می دهد.