नॅनोलेसरची संकल्पना आणि वर्गीकरण

नॅनोलाझर हे एक प्रकारचे सूक्ष्म आणि नॅनो उपकरण आहे जे रेझोनेटर म्हणून नॅनोवायर सारख्या नॅनोमटेरिअल्सपासून बनलेले आहे आणि ते फोटोएक्सिटेशन किंवा इलेक्ट्रिकल उत्तेजना अंतर्गत लेसर उत्सर्जित करू शकते. या लेसरचा आकार बहुधा केवळ शेकडो मायक्रॉन किंवा दहापट मायक्रॉन इतकाच असतो आणि व्यास नॅनोमीटरच्या ऑर्डरपर्यंत असतो, जो भविष्यातील पातळ फिल्म डिस्प्ले, इंटिग्रेटेड ऑप्टिक्स आणि इतर फील्डचा महत्त्वाचा भाग आहे.

नॅनोलासरचे वर्गीकरण:

1. Nanowire लेसर

2001 मध्ये, युनायटेड स्टेट्समधील बर्कले येथील कॅलिफोर्निया विद्यापीठातील संशोधकांनी मानवी केसांच्या लांबीच्या फक्त एक हजारव्या भागाच्या नॅनोऑप्टिक वायरवर जगातील सर्वात लहान लेसर - नॅनोलेसर - तयार केले. हे लेसर केवळ अल्ट्राव्हायोलेट लेसरच उत्सर्जित करत नाही तर निळ्या ते खोल अल्ट्राव्हायोलेटपर्यंत लेसर उत्सर्जित करण्यासाठी देखील ट्यून केले जाऊ शकते. संशोधकांनी शुद्ध झिंक ऑक्साईड क्रिस्टल्सपासून लेसर तयार करण्यासाठी ओरिएंटेड एपिफायटेशन नावाचे मानक तंत्र वापरले. त्यांनी प्रथम “संस्कारित” नॅनोवायर, म्हणजेच 20nm ते 150nm व्यासाच्या आणि 10,000 nm शुद्ध झिंक ऑक्साईड वायर्सच्या लांबीच्या सोन्याच्या थरावर तयार केले. त्यानंतर, जेव्हा संशोधकांनी ग्रीनहाऊसच्या खाली दुसर्या लेसरसह नॅनोवायरमधील शुद्ध झिंक ऑक्साईड क्रिस्टल्स सक्रिय केले, तेव्हा शुद्ध झिंक ऑक्साईड क्रिस्टल्स केवळ 17nm तरंगलांबीसह लेसर उत्सर्जित करतात. अशा नॅनोलेसरचा वापर शेवटी रसायने ओळखण्यासाठी आणि संगणक डिस्क आणि फोटोनिक संगणकांची माहिती साठवण क्षमता सुधारण्यासाठी केला जाऊ शकतो.

2. अल्ट्राव्हायोलेट नॅनोलासर

मायक्रो-लेझर्स, मायक्रो-डिस्क लेसर, मायक्रो-रिंग लेसर आणि क्वांटम ॲव्हलाँच लेसरच्या आगमनानंतर, कॅलिफोर्निया विद्यापीठ, बर्कले येथील रसायनशास्त्रज्ञ यांग पेडॉन्ग आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी खोलीचे तापमान नॅनोलेसर बनवले. हे झिंक ऑक्साईड नॅनोलासर प्रकाश उत्तेजना अंतर्गत 0.3nm पेक्षा कमी लाइनविड्थ आणि 385nm तरंगलांबी असलेले लेसर उत्सर्जित करू शकते, जे जगातील सर्वात लहान लेसर मानले जाते आणि नॅनोटेक्नॉलॉजी वापरून तयार केलेल्या पहिल्या व्यावहारिक उपकरणांपैकी एक आहे. विकासाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात, संशोधकांनी असे भाकीत केले की हे ZnO नॅनोलाझर उत्पादनास सोपे, उच्च चमक, लहान आकाराचे आहे आणि कामगिरी GaN ब्लू लेसरच्या बरोबरीची किंवा त्याहूनही चांगली आहे. उच्च-घनता नॅनोवायर ॲरे बनवण्याच्या क्षमतेमुळे, ZnO नॅनोलेसर अनेक अनुप्रयोग प्रविष्ट करू शकतात जे आजच्या GaAs उपकरणांसह शक्य नाहीत. अशा लेसर वाढवण्यासाठी, ZnO nanowire गॅस वाहतूक पद्धतीद्वारे संश्लेषित केले जाते जे एपिटॅक्सियल क्रिस्टल वाढ उत्प्रेरित करते. प्रथम, नीलम सब्सट्रेटला 1 nm~ 3.5nm जाडीच्या सोन्याच्या फिल्मच्या थराने लेपित केले जाते आणि नंतर ते ॲल्युमिना बोटीवर ठेवले जाते, सामग्री आणि सब्सट्रेट तयार करण्यासाठी अमोनिया प्रवाहात 880 ° C ~ 905 ° C पर्यंत गरम केले जाते. Zn स्टीम, आणि नंतर Zn स्टीम सब्सट्रेटमध्ये नेले जाते. षटकोनी क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्रासह 2μm~10μm चे नॅनोवायर 2min~10min वाढीच्या प्रक्रियेत निर्माण झाले. संशोधकांना आढळले की ZnO nanowire 20nm ते 150nm व्यासासह नैसर्गिक लेसर पोकळी बनवते आणि बहुतेक (95%) त्याचा व्यास 70nm ते 100nm आहे. नॅनोवायरच्या उत्तेजित उत्सर्जनाचा अभ्यास करण्यासाठी, संशोधकांनी Nd:YAG लेसर (266nm तरंगलांबी, 3ns पल्स रुंदी) च्या चौथ्या हार्मोनिक आउटपुटसह ग्रीनहाऊसमध्ये ऑप्टिकली नमुना पंप केला. उत्सर्जन स्पेक्ट्रमच्या उत्क्रांती दरम्यान, पंप शक्तीच्या वाढीसह प्रकाश लंगडा होतो. जेव्हा लेसिंग ZnO nanowire (सुमारे 40kW/cm) च्या थ्रेशोल्ड ओलांडते, तेव्हा उत्सर्जन स्पेक्ट्रममध्ये सर्वोच्च बिंदू दिसून येईल. या सर्वोच्च बिंदूंची रेषेची रुंदी 0.3nm पेक्षा कमी आहे, जी थ्रेशोल्डच्या खाली असलेल्या उत्सर्जन शिरोबिंदूपासून रेषेच्या रुंदीपेक्षा 1/50 पेक्षा कमी आहे. या अरुंद रेषेची रुंदी आणि उत्सर्जनाच्या तीव्रतेत जलद वाढ झाल्यामुळे संशोधकांनी असा निष्कर्ष काढला की उत्तेजित उत्सर्जन खरोखरच या नॅनोवायरमध्ये होते. त्यामुळे, हा नॅनोवायर ॲरे नैसर्गिक रेझोनेटर म्हणून काम करू शकतो आणि अशा प्रकारे एक आदर्श सूक्ष्म लेसर स्रोत बनू शकतो. संशोधकांचा असा विश्वास आहे की हे शॉर्ट-वेव्हलेंथ नॅनोलाझर ऑप्टिकल कम्प्युटिंग, माहिती साठवण आणि नॅनो ॲनालायझर या क्षेत्रात वापरले जाऊ शकते.

3. क्वांटम वेल लेसर

2010 पूर्वी आणि नंतर, सेमीकंडक्टर चिपवर कोरलेली रेषेची रुंदी 100nm किंवा त्याहून कमी होईल आणि सर्किटमध्ये फक्त काही इलेक्ट्रॉन फिरतील आणि इलेक्ट्रॉनची वाढ आणि घट झाल्यामुळे त्याच्या ऑपरेशनवर मोठा परिणाम होईल. सर्किट या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी, क्वांटम वेल लेझरचा जन्म झाला. क्वांटम मेकॅनिक्समध्ये, इलेक्ट्रॉनच्या गतीला मर्यादा घालणाऱ्या आणि त्यांचे परिमाण ठरवणाऱ्या संभाव्य क्षेत्राला क्वांटम विहीर म्हणतात. या क्वांटम कंस्ट्रेंटचा उपयोग अर्धसंवाहक लेसरच्या सक्रिय स्तरामध्ये क्वांटम ऊर्जा पातळी तयार करण्यासाठी केला जातो, ज्यामुळे ऊर्जा पातळींमधील इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण लेसरच्या उत्तेजित रेडिएशनवर वर्चस्व गाजवते, जे क्वांटम वेल लेसर आहे. क्वांटम वेल लेसरचे दोन प्रकार आहेत: क्वांटम लाइन लेसर आणि क्वांटम डॉट लेसर.

① क्वांटम लाइन लेसर

शास्त्रज्ञांनी क्वांटम वायर लेसर विकसित केले आहेत जे पारंपारिक लेसरपेक्षा 1,000 पट अधिक शक्तिशाली आहेत, जलद संगणक आणि संप्रेषण साधने तयार करण्याच्या दिशेने एक मोठे पाऊल उचलत आहेत. फायबर-ऑप्टिक नेटवर्कवर ऑडिओ, व्हिडिओ, इंटरनेट आणि इतर प्रकारच्या संप्रेषणाचा वेग वाढवणारा लेसर येल युनिव्हर्सिटी, न्यू जर्सी येथील ल्युसेंट टेक्नॉलॉजीज बेल लॅब्स आणि ड्रेस्डेन येथील मॅक्स प्लँक इन्स्टिट्यूट फॉर फिजिक्सच्या शास्त्रज्ञांनी विकसित केला आहे. जर्मनी. हे उच्च-पॉवर लेझर महागड्या रिपीटर्सची गरज कमी करतील, जे प्रत्येक 80km (50 मैल) संचार मार्गावर स्थापित केले जातात, पुन्हा लेसर डाळी तयार करतात ज्या फायबर (रिपीटर्स) मधून प्रवास करताना कमी तीव्र असतात.