नॅनोलेसरची संकल्पना आणि वर्गीकरण

नॅनोलेझर एक प्रकारचे मायक्रो आणि नॅनो डिव्हाइस आहे जे नॅनोमेटेरियल्सपासून बनविलेले आहे जसे की नॅनोवायर एक रेझोनेटर म्हणून आणि फोटोएक्सिटेशन किंवा इलेक्ट्रिकल उत्तेजन अंतर्गत लेसर उत्सर्जित करू शकते. या लेसरचा आकार बर्‍याचदा केवळ शेकडो मायक्रॉन किंवा दहापट मायक्रॉन असतो आणि व्यास नॅनोमीटर ऑर्डरपर्यंत असतो, जो भविष्यातील पातळ फिल्म डिस्प्ले, इंटिग्रेटेड ऑप्टिक्स आणि इतर क्षेत्रांचा एक महत्त्वाचा भाग आहे.

नॅनोलेसरचे वर्गीकरण:

1. नॅनोवायर लेसर

२००१ मध्ये, अमेरिकेतील कॅलिफोर्निया, बर्कले विद्यापीठातील संशोधकांनी जगातील सर्वात लहान लेसर-नॅनोलॅसर-नॅनूप्टिक वायरवर मानवी केसांच्या लांबीच्या केवळ एक-हजारो तयार केले. हे लेसर केवळ अल्ट्राव्हायोलेट लेसरच सोडत नाही तर निळ्या ते खोल अल्ट्राव्हायोलेटपर्यंतच्या लेसर उत्सर्जित करण्यासाठी देखील ट्यून केले जाऊ शकते. शुद्ध झिंक ऑक्साईड क्रिस्टल्समधून लेसर तयार करण्यासाठी संशोधकांनी ओरिएंटेड एपिफिटेशन नावाचे मानक तंत्र वापरले. ते प्रथम “सुसंस्कृत” नॅनोवायर, म्हणजेच सोन्याच्या थरावर 20nm ते 150nm व्यासासह आणि 10,000 एनएम शुद्ध झिंक ऑक्साईड वायरच्या लांबीसह तयार केले जातात. त्यानंतर, जेव्हा संशोधकांनी ग्रीनहाऊसच्या खाली दुसर्‍या लेसरसह नॅनोव्हर्समध्ये शुद्ध झिंक ऑक्साईड क्रिस्टल्स सक्रिय केले, तेव्हा शुद्ध झिंक ऑक्साईड क्रिस्टल्सने केवळ 17 एनएमच्या तरंगलांबीसह लेसर उत्सर्जित केले. अशा नॅनोलेसरचा वापर अखेरीस रसायने ओळखण्यासाठी आणि संगणक डिस्क आणि फोटॉनिक संगणकांची माहिती संचयन क्षमता सुधारण्यासाठी केला जाऊ शकतो.

2. अल्ट्राव्हायोलेट नॅनोलेसर

मायक्रो-लेझर, मायक्रो-डिस्क लेसर, मायक्रो-रिंग लेझर आणि क्वांटम हिमस्खलन लेसर, केमिस्ट यांग पिडोंग आणि कॅलिफोर्निया विद्यापीठातील बर्कले येथे त्याच्या सहका .्यांनी खोलीचे तापमान नॅनोलेसर बनविले. हे झिंक ऑक्साईड नॅनोलेसर 0.3nm पेक्षा कमी लाइनविड्थ आणि हलके उत्तेजनाखाली 385nm च्या तरंगलांबीसह लेसर उत्सर्जित करू शकते, जे जगातील सर्वात लहान लेसर मानले जाते आणि नॅनोटेक्नॉलॉजीचा वापर करून तयार केलेल्या पहिल्या व्यावहारिक उपकरणांपैकी एक. विकासाच्या सुरुवातीच्या अवस्थेत, संशोधकांनी असा अंदाज लावला आहे की हे झेडएनओ नॅनोलेझर तयार करणे, उच्च चमक, लहान आकार आणि कामगिरी गॅन ब्लू लेसरपेक्षा समान किंवा त्याहूनही चांगले आहे. उच्च-घनता नॅनोवायर अ‍ॅरे बनवण्याच्या क्षमतेमुळे, झेडएनओ नॅनोलेसर आजच्या जीएएएस डिव्हाइससह शक्य नसलेल्या बर्‍याच अनुप्रयोगांमध्ये प्रवेश करू शकतात. अशा लेसर वाढविण्यासाठी, झेडएनओ नॅनोवायर गॅस ट्रान्सपोर्ट पद्धतीने एकत्रित केले जाते जे एपिटॅक्सियल क्रिस्टल वाढीस उत्प्रेरक करते. प्रथम, नीलम सब्सट्रेटला 1 एनएम ~ 3.5nm जाड सोन्याच्या फिल्मच्या थरासह लेपित केले जाते आणि नंतर ते एल्युमिना बोटवर ठेवले जाते, झेडएन स्टीम तयार करण्यासाठी अमोनिया प्रवाहामध्ये सामग्री आणि सब्सट्रेट 880 डिग्री सेल्सियस ~ 905 डिग्री सेल्सियस पर्यंत गरम केले जाते आणि नंतर झेडएन स्टीम उपखंडात नेले जाते. हेक्सागोनल क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्रासह 2μm ~ 10μm च्या नॅनोवायर 2 मिनिटांच्या वाढीच्या प्रक्रियेमध्ये तयार केले गेले ~ 10 मिनिट. संशोधकांना असे आढळले की झेडएनओ नॅनोवायर एक नैसर्गिक लेसर पोकळी तयार करते ज्याचा व्यास 20nm ते 150 एनएम आहे आणि त्याच्या व्यासाचा बहुतेक (95%) 70nm ते 100nm आहे. नॅनोव्हर्सच्या उत्तेजित उत्सर्जनाचा अभ्यास करण्यासाठी, संशोधकांनी एनडीच्या चौथ्या हार्मोनिक आउटपुटसह ग्रीनहाऊसमध्ये नमुना ऑप्टिकली पंप केला: वाईएजी लेसर (266 एनएम तरंगलांबी, 3 एनएस पल्स रुंदी). उत्सर्जन स्पेक्ट्रमच्या उत्क्रांती दरम्यान, पंप पॉवरच्या वाढीसह प्रकाश लावा. जेव्हा लासिंग झेडएनओ नॅनोवायर (सुमारे 40 केडब्ल्यू/सेमी) च्या उंबरठ्यापेक्षा जास्त असेल तेव्हा उत्सर्जन स्पेक्ट्रममध्ये सर्वोच्च बिंदू दिसून येईल. या सर्वोच्च बिंदूंची ओळ रुंदी 0.3nm पेक्षा कमी आहे, जी उंबरठाच्या खाली असलेल्या उत्सर्जन शिरोबिंदूपेक्षा 1/50 पेक्षा कमी आहे. या अरुंद लाइनविड्थ्स आणि उत्सर्जनाच्या तीव्रतेत वेगवान वाढीमुळे संशोधकांनी असा निष्कर्ष काढला की उत्तेजित उत्सर्जन खरोखरच या नॅनोव्हर्समध्ये होते. म्हणूनच, हा नॅनोव्हायर अ‍ॅरे एक नैसर्गिक रेझोनेटर म्हणून कार्य करू शकतो आणि अशा प्रकारे एक आदर्श मायक्रो लेसर स्त्रोत बनू शकतो. संशोधकांचा असा विश्वास आहे की या शॉर्ट-वेव्हलेन्थ नॅनोलेझरचा वापर ऑप्टिकल कंप्यूटिंग, माहिती स्टोरेज आणि नॅनोआनालिझरच्या क्षेत्रात केला जाऊ शकतो.

3. क्वांटम वेल लेसर

२०१० च्या आधी आणि नंतर, सेमीकंडक्टर चिपवर कोरलेली लाइन रुंदी १०० एनएम किंवा त्यापेक्षा कमी गाठली जाईल आणि सर्किटमध्ये फक्त काही इलेक्ट्रॉन हलविल्या जातील आणि इलेक्ट्रॉनच्या वाढीचा आणि घटनेचा सर्किटच्या ऑपरेशनवर चांगला परिणाम होईल. या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी क्वांटम वेल लेसरचा जन्म झाला. क्वांटम मेकॅनिक्समध्ये, संभाव्य क्षेत्र जे इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीला प्रतिबंधित करते आणि त्यांना क्वांटिझ करते त्याला क्वांटम वेल म्हणतात. सेमीकंडक्टर लेसरच्या सक्रिय थरात क्वांटम उर्जा पातळी तयार करण्यासाठी ही क्वांटम मर्यादा वापरली जाते, जेणेकरून उर्जा पातळी दरम्यान इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण लेसरच्या उत्तेजित रेडिएशनवर वर्चस्व राखते, जे क्वांटम वेल लेसर आहे. क्वांटम वेल लेसरचे दोन प्रकार आहेत: क्वांटम लाइन लेसर आणि क्वांटम डॉट लेसर.

① क्वांटम लाइन लेसर

वैज्ञानिकांनी क्वांटम वायर लेसर विकसित केले आहेत जे पारंपारिक लेसरपेक्षा 1000 पट अधिक शक्तिशाली आहेत, वेगवान संगणक आणि संप्रेषण उपकरणे तयार करण्याच्या दिशेने एक मोठे पाऊल उचलतात. ऑडिओ, व्हिडिओ, इंटरनेट आणि फायबर-ऑप्टिक नेटवर्कवरील संप्रेषणाच्या इतर प्रकारांची गती वाढविणारी लेसर, येल युनिव्हर्सिटीमधील वैज्ञानिकांनी, न्यू जर्सीमधील लुसेंट टेक्नोलॉजीज बेल लॅब आणि जर्मनीच्या ड्रेस्डेनमधील मॅक्स प्लँक इन्स्टिट्यूट फॉर फिजिक्स इन्स्टिट्यूटने विकसित केली होती. या उच्च-शक्तीच्या लेसरमुळे महागड्या रिपीटरची आवश्यकता कमी होईल, जे संप्रेषण रेषेत दर 80 कि.मी. (50 मैल) स्थापित केले जातात, जे फायबर (रिपीटर) मधून प्रवास करतात तेव्हा कमी तीव्र लेसर डाळी तयार करतात.