1960年人类制作出了第一台激光器。40多年过去了，激光器无论在其种类上或其性能上都呈现出缤纷异彩的发展。自第一台红宝石激光器的问世，继之气体激光器、各类固体激光器、半导体激光器、液体激光器、准分子激光器、Ｘ射线激光器、自由电子激光器、量子阱激光器、量子点激光器、孤子激光器等也先后被研制出来。激光科学与技术的突飞猛进发展，导致许多现代科学技术对激光的重要应用，同时也带动了多种新学科的发展并促进了诸多边缘学科的形成。
然而随着人类社会科技的进步，激光器本身的发展从未停息脚步。2001年《Science》发表了美国California大学 Berkeley分校M. Huang 和 P. Yang等人的“室温紫外辐射的纳米激光器”<“Room-temperature ultraviolet nanowire nanolasers”, M. Huang, S. Mao, H. Feick, H. Yan, Y. Wu, H. Kind, E. Weber, R. Russo, P. Yang, Science, 292, 1897, （2001.）>声称是世界上最小的激光器。当时他们先是在蓝宝石基底上镀上1～3.5微米厚度的金，然后把它们放到铝的蒸发皿中，在氩气中将材料和基底加热到880~905摄氏度以产生Zn蒸气，产生的Zn蒸气传送到基底上，大约经过2~10分钟左右，截面为六角形的纳米线便可以生长到2～10微米。直径为20~150 nm的纳米线自然形成了一个激光腔。在室温下截面为六角形的纳米线样品用Nd：YAG激光器的四次谐波的激光泵浦(波长为266nm，脉宽为3ns)，泵浦的激光光束以10度角入射聚焦在纳米线的对称轴上。这样一来，受激辐射发射的光便沿着ZnO纳米线中心袖的方向在纳米线的末端表平面上会聚。在发射光谱的变化过程中，随着功率的增加可以观察到激光产生的过程．当激励的能量超过ZnO纳米线的阈值时(其阈值约为40kW／cm2)，经测量，发射光谱出现了线宽为0.3微米的尖峰，这比低于阈值时的自发辐射产生的约15微米的峰值线宽要小得多。正是这些窄线宽和发射能量的快速增长便可断定纳米线发生了受激辐射．大家知道产生激光的三个要素是工作物质、泵浦源和谐振腔。在构建的纳米激光器中，前两者已具备，那么谐振腔则无需如一般激光器那样装配上半反和全反的反射镜，因为这一纳米线便是天然的激光器的谐振腔。纳米线的一端是蓝宝石和ZnO纳米线之间的外延分界面，另一端是ZnO纳米线的端面。这就自然地形成了纳米激光器的激光谐振腔，因为蓝宝石以及 ZnO和空气的折射率分别是1.8, 2.45 和1。用Nd:YAG激光器的四次谐波的激光泵浦在ZnO纳米线上便获得了脉宽为0.3 nm，波长为385nm的激光。
这种氧化锌(ZnO)纳米激光器——世界上最小的激光器从那时起便问世了，这也是纳米技术诞生以来的第一项实际的应用。当然，这种纳米激光器还属是一个最初阶段，然而在工艺的简易程度，亮度以及尺寸方面，ZnO纳米激光器均可以和当时的GaN蓝色半导体激光器相媲美的。
如果不用Nd：YAG激光器的四次谐波的激光做泵浦源，而改用电流来激活纳米线，这样的纳米激光器岂不是更为理想吗？据2003年《Nature》杂志<Duan, X., Huang, Y., Agarwal, R. & Lieber, C. M., Single nanowire electrically driven lasers. Nature, 421, 241 - 245,(2003)>报道，美国哈佛大学以Charles Lieber为首的科学家们成功地研制出不需外来激光泵浦的一种新型电驱动的纳米激光器，其是用外电流激励泵浦的。这种外电流激励泵浦的新型激光器实际上是以半导体硫化镉为原料制成的纳米线。将硫化镉纳米线安装在涂有硅材料的基底上，制成一个回路。接通电源后，便可观察到，在一定电压下，电流通过硅材料流向硫化镉纳米线，纳米线的另一端随即发出蓝绿色的光。随着电流强度增大，光的颜色变得单一，波长也相当短。在这种情况下硫化镉纳米线所发出的光便是激光。在随后的实验中，他们使用了不同的半导体材料，由此制成的激光器发出的激光颜色也各不相同，氮化镓纳米线发出蓝色到紫外的光，磷化铟纳米线发出红外光。Charles Lieber等人的研究小组用涂覆在硅基片上硫化镉纳米线而研制成功的纳米激光器，其中电接触是通过涂覆硫化镉纳米线表面的金属导体层来实现的，在加上一定电压时会有电流通过这种结构，而硫化镉纳米线末端开始发出波长约为490微米的蓝绿色激光。当电流达到一定值，发出的激光会变成几乎是单色光，单色光是感应式激光的可靠特征。其他的半导体材料，例如氮化镓和磷化铟，能产生更宽波段的激光，实际上这样构成的纳米激光器所发出的激光可覆盖从紫外线到红外线整个波段。
纳米激光器的微小尺寸可以使光子被限制在少数几个状态上，而低音廊效应则使光子受到约束，直到所产生的光波累积起足够多的能量后透过此结构。其结果是激光器达到极高的工作效率，而能量阈则很低。
纳米激光器实际上是一根弯曲成极薄的面包圈的形状的光子导线，实验发现，纳米激光器的大小和形状能够有效控制它发射出的光子的量子行为，从而影响激光器的工作。
研究还发现，纳米激光器工作时只需约100微安的电流。最近纳米激光器的研究人员把这种光子导线缩小到只有五分之一立方微米体积内。在这一尺度上，此结构的光子状态数少于10个，接近了无能量运行所要求的条件，但是光子的数目还没有减少到这样的极限上。最近，麻省理工学院的研究人员把被激发的钡原子一个一个地送入激光器中，每个原子发射一个有用的光子除了能提高效率以外，无能量阈纳米激光器的运行还可以得出速度极快的激光器。由于只需要极少的能量就可以发射激光，这类装置可以实现瞬时开关。已经有一些激光器能够以快于每秒钟200亿次的速度开关，适合用于光纤通信。由于纳米技术的迅速发展，这种无能量阈纳米激光器的实现将指日可待。
纳米线的化学弹性和其一维性使它们成为理想的超小型的激光光源，这种超小型的纳米激光器在一系列领域中有着非常广阔的应用前景。在化学和生物医学工程中例如生物传感器、显微术和激光外科以及也有可能把纳米激光器用于鉴别化学物质。同时纳米激光器在光计算，信息存储和纳米分析等领域也会得到广泛的应用。纳米激光器可以用于电路，可以自动地调控开关。若把激光器集成安装到芯片上便可提高计算机磁盘信息存储量以及未来的光子计算机的信息存储量，加速信息技术的集成化发展。
图1，100 nm CdSe 的纳米线产生的纳米激光
图2，电激励的纳米激光器。（a）为由p-Si 和 n-CdS 纳米线构成的纳米激光器的谐振腔和激活介质；（f）为混合装置结构中电子与空穴注入进CdS纳米线而实现受激辐射。(g)为上述器件的光学图像。(h) 室温情况下注入电流为 80μA 时CdS纳米线的电致发光图像。
图3，纳米LED。其中(a) 为交叉的 InP 纳米线 LED. 顶部是 交叉的 InP 纳米线 LED三维 (3D)的电致发光光强分布图；底部是交叉的 纳米线 LED 的3D 原子力显微镜的图像；右上角是交叉的 纳米线结点处的光激发光的像。 (b)为多色纳米LED阵列。 用p-Si 纳米线与n-GaN, n-CdS,和 n-CdS 纳米线交叉而组装三色纳米LED阵列。 (d)为纳米 FET-纳米LED的阵列集成；右上是其等效电路。
图4，纳米线光子学与硅电子学的集成。
(a) 是一个混合结构制作的示意简图。在绝缘层上的硅基底 (SOI) 上由标准电子束刻蚀或用光刻蚀成一定的图案；在硅基上刻蚀成一条条的发射纳米线而形成光子源。(b)是用上述方法制作的单个纳米LED；(c)是p+-Si电极与n-CdS纳米线而构成的交叉p-n结的I-V特性曲线。(d)是正向偏压结的EL（波长与强度）谱。
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一些进展
（1）、纳米导线激光器
2001年，美国加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员在只及人的头发丝千分之一的纳米光导线上制造出世界最小的激光器—纳米激光器。这种激光器不仅能发射紫外激光，经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光。研究人员使用一种称为取向附生的标准技术，用纯氧化锌晶体制造了这种激光器。他们先是“培养”纳米导线，即在金层上形成直径为20nm～150nm，长度为10000nm的纯氧化锌导线。然后，当研究人员在温室下用另一种激光将纳米导线中的纯氧化锌晶体激活时，纯氧化锌晶体会发射波长只有17nm的激光。这种纳米激光器最终有可能被用于鉴别化学物质，提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量。
（2）、紫外纳米激光器
继微型激光器、微碟激光器、微环激光器、量子雪崩激光器问世后，美国加利福尼亚伯克利大学的化学家杨佩东及其同事制成了室温纳米激光器。这种氧化锌纳米激光器在光激励下能发射线宽小于0.3nm、波长为385nm的激光，被认为是世界上最小的激光器，也是采用纳米技术制造的首批实际器件之一。在开发的初始阶段，研究人员就预言这种ZnO纳米激光器容易制作、亮度高、体积小，性能等同甚至优于GaN蓝光激光器。由于能制作高密度纳米线阵列，所以，ZnO纳米激光器可以进入许多今天的GaAs器件不可能涉及的应用领域。为了生长这种激光器，ZnO纳米线要用催化外延晶体生长的气相输运法合成。首先，在蓝宝石衬底上涂敷一层1 nm~3.5nm厚的金膜，然后把它放到一个氧化铝舟上，将材料和衬底在氨气流中加热到880℃~905℃，产生Zn蒸汽，再将Zn蒸汽输运到衬底上，在2min~10min的生长过程内生成截面积为六边形的2µm~10µm的纳米线。研究人员发现，ZnO纳米线形成天然的激光腔，其直径为20nm~150nm，其大部分（95％）直径在70nm~100nm。为了研究纳米线的受激发射，研究人员用Nd:YAG激光（266nm波长，3ns脉宽）的四次谐波输出在温室下对样品进行光泵浦。在发射光谱演变期间，光随泵浦功率的增大而激射，当激射超过ZnO纳米线的阈值（约为40kW／cm）时，发射光谱中会出现最高点，这些最高点的线宽小于0.3nm，比阈值以下自发射顶点的线宽小1/50以上。这些窄的线宽及发射强度的迅速提高使研究人员得出结论：受激发射的确发生在这些纳米线中。因此，这种纳米线阵列可以作为天然的谐振腔，进而成为理想的微型激光光源。研究人员相信，这种短波长纳米激光器可应用在光计算、信息存储和纳米分析仪等领域中。
（3）、量子阱激光器
2010年前后，蚀刻在半导体片上的线路宽度将达到100nm以下，在电路中移动的将只有少数几个电子，一个电子的增加和减少都会给电路的运行造成很大影响。为了解决这一问题，量子阱激光器就诞生了。在量子力学中，把能够对电子的运动产生约束并使其量子化的势场称之成为量子阱。而利用这种量子约束在半导体激光器的有源层中形成量子能级，使能级之间的电子跃迁支配激光器的受激辐射，这就是量子阱激光器。目前，量子阱激光器有两种类型：量子线激光器和量子点激光器。
①、量子线激光器
随着科学家研制出功率比传统激光器大1000倍的量子线激光器，从而向创造速度更快的计算机和通信设备迈进了一大步。这种激光器可以提高音频、视频、因特网及其他采用光纤网络的通信方式的速度，它是由来自耶鲁大学、位于新泽西洲的朗讯科技公司贝尔实验室及德国德累斯顿马克斯·普朗克物理研究所的科学家们共同研制的。这些较高功率的激光器会减少对昂贵的中继器的要求，因为这些中继器在通信线路中每隔80km（50mile）安装一个，再次产生激光脉冲，脉冲在光纤中传播时强度会减弱（中继器）。
②、量子点激光器
由直径小于20nm的一堆物质构成或者相当于60个硅原子排成一串的长度的量子点，可以控制非常小的电子群的运动而不与量子效应冲突。科学家们希望用量子点代替量子线获得更大的收获，但是，研究人员已制成的量子点激光器却不尽人意。原因是多方面的，包括制造一些大小几乎完全相同的电子群有困难。大多数量子装置要在极低的温度条件下工作，甚至微小的热量也会使电子变得难以控制，并且陷入量子效应的困境。但是，通过改变材料使量子点能够更牢地约束电子，日本电子技术实验室的松本和斯坦福大学的詹姆斯和哈里斯等少数几位工程师最近已制成可在室温下工作的单电子晶体管。但很多问题仍有待解决，开关速度不高，偶然的电能容易使单个电子脱离预定的路线。因此，大多数科学家正在努力研制全新的方法，而不是仿照目前的计算机设计量子装置。
（4）、微腔激光器
微腔激光器是当代半导体研究领域的热点之一，它采用了现代超精细加工技术和超薄材料加工技术，具有高集成度、低噪声的特点，其功耗低的特点尤为显著，100万个激光器同时工作，功耗只有5W。
该激光器主要的类型就是微碟激光器，即一种形如碟型的微腔激光器，最早由贝尔实验室开发成功。其内部为采用先进的蚀刻工艺蚀刻出的直径只有几微米、厚度只有100nm的极薄的微型园碟，园碟的周围是空气，下面靠一个微小的底座支撑。由于半导体和空气的折射率相差很大，微碟内产生的光在此结构内发射，直到所产生的光波积累足够多的能量后沿着它的边缘折射，这种激光器的工作效率很高、能量阈值很低，工作时只需大约100µA的电流。
自从McCall等人1992年报道了用低温光抽运 InGaAsP系材料制造的微腔激光器以来，半导体微碟激光器先后在GaAlAs／GaAs、GaN／A1GaN、InGaN／GaN等多种新材料体系中以脉冲室温电抽运和连续室温电抽运和连续室温光抽运等多种工作方式实现了激光发射。美国加利福尼亚大学、伊利诺伊州Northwesten大学、贝尔实验室、俄勒冈大学、日本YoKohama National大学和朝鲜科学与技术高级研究学院等均开展了InGaAs／InGaAsP量子阱的研究和量子级联微碟激光器的开发和研究，并已取得了很大的进展。
在国内，长春光学精密机械学院高功率半导体激光国家重点实验室和中国科学院北京半导体研究所从经典量子电动力学理论出发研究了微碟激光器的工作原理，采用光刻、反应离子刻蚀和选择化学腐蚀等微细加工技术制备出直径为9.5µm、低温光抽运InGaAs／InGaAsP多量子阱碟状微腔激光器。它在光通讯、光互联和光信息处理等方面有着很好的应用前景，可用作信息高速公路中最理想的光源。
微腔光子技术，如微腔探测器、微腔谐振器、微腔光晶体管、微腔放大器及其集成技术研究的突破，可使超大规模集成光子回路成为现实。因此，包括美国在内的一些发达国家都在微腔激光器的研究方面投人大量的人力和物力。长春光机与物理所的科技人员打破常规，用光刻方法实现了碟型微腔激光器件的图形转移，用湿法及干法刻蚀技术制作出碟型微腔结构，在国内首次研制出直径分别为8µm、4.5µm和2µm的光泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器。其中，2µm直径的微碟激光器在77K温度下的激射阔值功率为5µW，是目前国际上报道中的最好水平。此外，他们还在国内首次研制出激射波长为1.55µm，激射阈值电流为2.3mA，在77K下激射直径为10µm的电泵浦InGaAs／InGaAsP微碟激光器以及国际上首个带有引出电极结构的电泵浦微柱激光器。值得一提的是，这种微碟激光器具有高集成度、低阈值、低功耗、低噪声、极高的响应、可动态模式工作等优点，在光通信、光互连、光信息处理等方面的应用前景广阔，可用于大规模光子器件集成光路，并可与光纤通信网络和大规模、超大规模集成电路匹配，组成光电子信息集成网络，是当代信息高速公路技术中最理想的光源；同时，可以和其他光电子元件实现单元集成，用于逻辑运算、光网络中的光互连等。
（5）、新型纳米激光器
据报道，世界上最早的纳米激光器是由美国加州大学伯克利分校的科学家于2001年制造的，当时使用的是氧化锌纳米线，可发射紫外光，经过调整后还能发射从蓝色到深紫外的激光。但是，美中不足的是只有用另一束激光将纳米线中的氧化锌晶体激活，其才会发射出激光。而新型纳米激光器具备了电子自动开关的性能，无需借助外力激活，这无疑会使其实用性大为增强。
2003年1月16日出版的《自然》杂志曾报道，美国哈佛大学成功开发出一种新型纳米激光器，它比人的头发丝还细千倍，安装在微芯片上，能提高计算机磁盘和光子计算机的信息存储量。这种新型激光器乃是用半导体硫化镉制成的纳米线，直径只有万分之一毫米。
