ليزر که يکي از با ارزش‌ترين ابزارهاي علمي به شمار مي‌رود روز به روز کوچکتر و کارآمدتر مي‌شود. اخيراً دانشمندان موفق شده‌اند ليزر کوچکي طراحي کنند که ابعاد نانومتري و همچنين افت نوري کم آن مي‌تواند آن را به وسيله‌اي پرکاربرد در توسعه آينده مدارهاي مجتمع نوري تبديل کند.
پرتو ليزر در مقايسه با يک فلاش معمولي، شدت بيشتري داشته و يک نور تک فام بسيار متمرکز به شمار مي‌آيد. همه اين خواص ناشي از برهم‌کنش محيط و حفره نوري مي‌باشد. براي آنکه يک ليزر بتواند نقطه رنگي کوچک خود را ايجاد کند لازم است تا محيط فعال که پرتو ليزر را تقويت مي‌کند، داراي فوتون‌هايي باشد که همگي با يک طول موج و طي فرآيندي به نام "گسيل تحريک شده"، گسيل شوند.

شکل A : الگوي مربوط به پوسته GaAs سوراخ‌دار حاصل از ميکروسکوپ الکتروني را مشاهده مي‌کنيد. سه حفره‌اي که در رديف مرکزي جايشان خالي است نشان دهنده نانوحفره‌اي است که نور را محدود مي‌کند. براي تنظيم دقيق ميدان الکترومغناطيسي از يک حامل موج (W) استفاده کرده و اندازه حفره‌هاي مجاور را تغيير داده و آنها را جابجا مي‌کند.


در حاليکه توليد کافي گسيل تحريکي، غالباً نياز به مقدار زيادي gain material دارد، دانشمندان روشي را کشف کرده‌اند که طي آن مي‌توان تنها با مقدار کمي ماده کوچک به نام نقاط کوانتومي، يک نانو ليزر توليد نمود. فيزيکدانان UC Santa Barbara دانشگاه پاويا ايتاليا، نوعي نانو ابزار جديد طراحي کرده‌اند که تنها با چهار نقطه کوانتومي کار مي‌کند. گزارشي از اين طرح که عملکرد ليزري فوق‌العاده کارآمدي را فراهم مي‌کند در شماره اخير مجله Physical Review letters به چاپ رسيده است. Stefan Strauf از همکاران اين طرح مي‌گويد: در حاليکه ليزرهاي نقطه کوانتومي معمول به پرتوهاي ليزري سيار با هزاران نقطه نياز دارند. در اين طرح جديد از يکي از خواص نقاط کوانتومي يعني تنظيم مؤثر خود بخودي طول موج فوتون گسيل شده از آنها به طوريکه با حفره نوري به حال تشديد برسد استفاده شده است. به اين ترتيب وقتي محيط با حفره نوري به حال تشديد برسد، مي‌توان يک ليزر ايجاد نمود.
هر کدام از اين نقاط کوانتومي انرژي گذار بسيار تيزي دارند و تعداد زيادي از آنها با توجه به تغيير اندازه طبيعي شان مي‌تواند پهناي باند گسيل وسيعي را نشان دهد. در حاليکه وجود چنين گسيل پهني اين نقاط کوانتومي را به محيط دريافت ايده‌آلي براي ليزرهاي با حجم بزرگ تبديل مي‌کند اما به دليل آنکه تعدادي از اين نقاط کوانتومي به دليل گذار تيزخود ديگر با حفره ليزري به تشديد نمي‌رسند، کوچک‌سازي اين ابزار را با چالش مواجه مي‌کند.

شکل B تصويري از شکل ميدان به دست آمده اطراف منطقه نانو حفره تنظيم شده را نشان مي‌دهد و رنگ زرد – سفيد نشاندهنده بالاترين توان ميدان است.
شکل C تصوير حاصل از يک ميکروسکوپ نيروي اتمي است و يک لايه نوعي از ماده دريافت کننده (gain material) تشکل از نقاط کوانتومي با چگالي کم را نشان مي‌دهد که زير سطح يک غشاء قرار داده شده‌اند. نقاط روشن تک نقطه‌هاي کوانتومي InAS با اندازه تقريبي 20 nm مي‌باشند. دايره‌هاي آبي خط چين هم نشان‌دهنده آن است که به طور متوسط تنها تعداد محدودي نقطه کوانتومي به طور فضايي داخل ميدان نانوحفره قرار مي‌گيرند.

اما دانشمندان بالاخره راهي براي رفع اين مشکل يافتند آنها با قرار دادن اين نقاط در يک نانوحفره بلور فوتونيک توانستند نور را به حجم بسيار کوچکي محدود کنند. بلور فوتونيک را هم مي‌توان با ايجاد سوراخ‌هاي زياد در يک غشاء نازک از ماده‌اي نيم رسانا مانند GaAs (همانند شکل فوق) به وجود آورد. با چنين طرح خاصي، توزيع تنظيم شده بسيار يکنواختي از ميدان مغناطيسي داخلي نانو حفره ايجاد شده و موجب بهينه شدن هم پوشاني نقاط کوانتومي تعبيه شده داخل آن با سطح ميدان مي‌شود به اين ترتيب کيفيت حفره هم افزايش خواهد يافت.
اين فرآيند بهينه‌سازي را مي‌توان بسيار شبيه به تنظيم دقيق و ماهرانه يک ويولن براي توليد طنين تشديد دانست که بجاي صوت از نور استفاده شده است.
چنين طرحي به طور چشمگيري مانع از گسيل نقطه‌ها در انرژي‌هاي حساس طبيعي خود شده و آنها را وادار مي‌کند تا با حامل‌هاي الکتروني که درست در اطراف آنها وجود دارد بر هم کنش نمايند. از آنجا که اين برهم کنش انرژي اضافه‌اي ايجاد مي‌کند، لذا اين نقاط مي‌توانند خود، رنگ گسيل خودشان را در حالت تشديد با حفره تنظيم کنند. با توجه به اينکه اين برهم کنش، بسيار عميق مي‌باشد، بهبود پديد آمده در اين نانو ليزرها و مقادير آستانه ليزري آن صدها برابر بيش از هر نوع ليزر نيم رساناي ديگري مي‌باشد.
علاوه بر رکورد آستانه ليزري پائين که تنها با دو نقطه کوانتومي پديد مي‌آيد، دانشمندان دريافتند که کارايي نوري چنين ليزري نسبت به ابزارهاي نقاط کوانتومي با چگالي بالا، به مراتب بيشتر است. اين گروه از محققان با اندازه‌گيري بازده نوري با ضريب جفت شدگي گسيل خود بخودي (که حد نظري آن 1 است) دريافتند که اين روش جديد مقدار 0.85 را نشان مي‌دهد، در حاليکه همين ضريب در لايه‌هاي نقاط کوانتومي چند لايه در محدوده 0.1 تا 0.2 است.
آستانه پائين ليزري اين روش در کنار بازدهي‌هاي آن، نانو ليزرها را به وسايلي مفيد در کاربردهاي آينده مدارهاي مجتمع فوتونيکي روي يک تراشه و يا در حسگرهاي زيستي تک مولکولي بدل مي‌کند. نکته قابل توجه اينکه چنين نانوليزرهايي را مي‌توان با چند و حتي يک نقطه کوانتومي ايجاد نمود.