नैनोलेज़र की अवधारणा और वर्गीकरण

नैनोलेज़र एक प्रकार का सूक्ष्म और नैनो उपकरण है जो नैनोवायर जैसे नैनोमटेरियल से अनुनादक के रूप में बना होता है और प्रकाश-उत्तेजना या विद्युत-उत्तेजना के तहत लेज़र उत्सर्जित कर सकता है। इस लेज़र का आकार प्रायः सैकड़ों माइक्रोन या यहाँ तक कि दसियों माइक्रोन तक होता है, और इसका व्यास नैनोमीटर तक होता है, जो भविष्य के पतली फिल्म डिस्प्ले, एकीकृत प्रकाशिकी और अन्य क्षेत्रों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।

नैनोलेजर का वर्गीकरण:

1. नैनोवायर लेजर

2001 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले के शोधकर्ताओं ने मानव बाल की लंबाई के केवल एक हज़ारवें हिस्से के बराबर के नैनोऑप्टिक तार पर दुनिया का सबसे छोटा लेज़र - नैनोलेज़र - बनाया। यह लेज़र न केवल पराबैंगनी लेज़र उत्सर्जित करता है, बल्कि इसे नीले से लेकर गहरे पराबैंगनी तक के लेज़र उत्सर्जित करने के लिए भी ट्यून किया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने शुद्ध ज़िंक ऑक्साइड क्रिस्टल से लेज़र बनाने के लिए ओरिएंटेड एपिफ़ाइटेशन नामक एक मानक तकनीक का इस्तेमाल किया। उन्होंने सबसे पहले 20 नैनोमीटर से 150 नैनोमीटर व्यास और 10,000 नैनोमीटर लंबाई वाले शुद्ध ज़िंक ऑक्साइड तारों को "कल्चर" किया, यानी सोने की परत पर बने शुद्ध ज़िंक ऑक्साइड तार। फिर, जब शोधकर्ताओं ने ग्रीनहाउस के नीचे एक और लेज़र से नैनोवायर में शुद्ध ज़िंक ऑक्साइड क्रिस्टल को सक्रिय किया, तो शुद्ध ज़िंक ऑक्साइड क्रिस्टल ने केवल 17 नैनोमीटर तरंगदैर्ध्य वाला एक लेज़र उत्सर्जित किया। ऐसे नैनोलेज़र का उपयोग अंततः रसायनों की पहचान करने और कंप्यूटर डिस्क और फोटोनिक कंप्यूटरों की सूचना भंडारण क्षमता में सुधार करने के लिए किया जा सकता है।

2. पराबैंगनी नैनोलेजर

माइक्रो-लेज़र, माइक्रो-डिस्क लेज़र, माइक्रो-रिंग लेज़र और क्वांटम एवलांच लेज़र के आगमन के बाद, कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले के रसायनज्ञ यांग पेइदोंग और उनके सहयोगियों ने कमरे के तापमान पर काम करने वाले नैनोलेज़र बनाए। यह ज़िंक ऑक्साइड नैनोलेज़र प्रकाश उत्तेजन के तहत 0.3 नैनोमीटर से कम की रेखा-चौड़ाई और 385 नैनोमीटर की तरंगदैर्ध्य वाला लेज़र उत्सर्जित कर सकता है, जिसे दुनिया का सबसे छोटा लेज़र और नैनो तकनीक का उपयोग करके निर्मित पहले व्यावहारिक उपकरणों में से एक माना जाता है। विकास के प्रारंभिक चरण में, शोधकर्ताओं ने भविष्यवाणी की थी कि यह ZnO नैनोलेज़र निर्माण में आसान, उच्च चमक वाला, छोटा आकार का है, और इसका प्रदर्शन GaN ब्लू लेज़र के बराबर या उससे भी बेहतर है। उच्च-घनत्व वाले नैनोवायर सरणियाँ बनाने की क्षमता के कारण, ZnO नैनोलेज़र कई ऐसे अनुप्रयोगों में प्रवेश कर सकते हैं जो आज के GaAs उपकरणों के साथ संभव नहीं हैं। ऐसे लेज़रों को विकसित करने के लिए, गैस परिवहन विधि द्वारा ZnO नैनोवायर को संश्लेषित किया जाता है जो एपिटैक्सियल क्रिस्टल वृद्धि को उत्प्रेरित करता है। सबसे पहले, नीलम सब्सट्रेट को 1 एनएम ~ 3.5 एनएम मोटी सोने की फिल्म की एक परत के साथ लेपित किया जाता है, और फिर इसे एल्यूमिना बोट पर रखा जाता है, सामग्री और सब्सट्रेट को अमोनिया प्रवाह में 880 ° C ~ 905 ° C तक गर्म किया जाता है ताकि Zn भाप का उत्पादन किया जा सके, और फिर Zn भाप को सब्सट्रेट में ले जाया जाता है। 2μm ~ 10μm के हेक्सागोनल क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र के साथ नैनोवायर 2 मिनट ~ 10 मिनट की विकास प्रक्रिया में उत्पन्न हुए। शोधकर्ताओं ने पाया कि ZnO नैनोवायर 20nm से 150nm के व्यास के साथ एक प्राकृतिक लेजर गुहा बनाता है, और इसका अधिकांश (95%) व्यास 70nm से 100nm है। नैनोवायर के उत्तेजित उत्सर्जन का अध्ययन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक Nd:YAG लेजर (266nm तरंग दैर्ध्य, 3ns पल्स चौड़ाई) के चौथे हार्मोनिक आउटपुट के साथ एक ग्रीनहाउस में नमूने को ऑप्टिकली पंप किया। उत्सर्जन स्पेक्ट्रम के विकास के दौरान, पंप की शक्ति में वृद्धि के साथ प्रकाश को कम किया जाता है। जब लेज़िंग ZnO नैनोवायर (लगभग 40kW/cm) की सीमा से अधिक हो जाती है, तो उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में उच्चतम बिंदु दिखाई देगा। इन उच्चतम बिंदुओं की रेखा की चौड़ाई 0.3nm से कम है, जो सीमा से नीचे उत्सर्जन शीर्ष से रेखा की चौड़ाई से 1/50 कम है। इन संकीर्ण रेखा-चौड़ाई और उत्सर्जन तीव्रता में तेजी से वृद्धि ने शोधकर्ताओं को इस निष्कर्ष पर पहुंचाया कि इन नैनोवायर में वास्तव में उत्तेजित उत्सर्जन होता है। इसलिए, यह नैनोवायर सरणी एक प्राकृतिक अनुनादक के रूप में कार्य कर सकती है और इस प्रकार एक आदर्श माइक्रो लेजर स्रोत बन सकती है। शोधकर्ताओं का मानना ​​​​है कि इस लघु-तरंगदैर्ध्य नैनोलेजर का उपयोग ऑप्टिकल कंप्यूटिंग, सूचना भंडारण और नैनोएनालाइजर के क्षेत्र में किया जा सकता है।

3. क्वांटम वेल लेज़र

2010 से पहले और बाद में, अर्धचालक चिप पर उकेरी गई रेखा की चौड़ाई 100 नैनोमीटर या उससे कम हो जाएगी, और परिपथ में केवल कुछ ही इलेक्ट्रॉन गतिमान होंगे, और एक इलेक्ट्रॉन की वृद्धि और कमी का परिपथ के संचालन पर बहुत प्रभाव पड़ेगा। इस समस्या के समाधान के लिए, क्वांटम वेल लेज़रों का जन्म हुआ। क्वांटम यांत्रिकी में, एक विभव क्षेत्र जो इलेक्ट्रॉनों की गति को बाधित करता है और उन्हें परिमाणित करता है, क्वांटम वेल कहलाता है। इस क्वांटम बाधा का उपयोग अर्धचालक लेज़र की सक्रिय परत में क्वांटम ऊर्जा स्तर बनाने के लिए किया जाता है, ताकि ऊर्जा स्तरों के बीच इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण लेज़र के उत्तेजित विकिरण पर हावी हो जाए, जो एक क्वांटम वेल लेज़र है। क्वांटम वेल लेज़र दो प्रकार के होते हैं: क्वांटम लाइन लेज़र और क्वांटम डॉट लेज़र।

① क्वांटम लाइन लेजर

वैज्ञानिकों ने क्वांटम वायर लेज़र विकसित किए हैं जो पारंपरिक लेज़रों से 1,000 गुना ज़्यादा शक्तिशाली हैं, जिससे तेज़ कंप्यूटर और संचार उपकरण बनाने की दिशा में एक बड़ा कदम उठाया गया है। यह लेज़र, जो फ़ाइबर-ऑप्टिक नेटवर्क पर ऑडियो, वीडियो, इंटरनेट और अन्य संचार माध्यमों की गति बढ़ा सकता है, येल विश्वविद्यालय, न्यू जर्सी स्थित ल्यूसेंट टेक्नोलॉजीज़ बेल लैब्स और जर्मनी के ड्रेसडेन स्थित मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फ़ॉर फ़िज़िक्स के वैज्ञानिकों द्वारा विकसित किया गया है। ये उच्च-शक्ति वाले लेज़र महंगे रिपीटर्स की ज़रूरत को कम कर देंगे, जो संचार लाइन पर हर 80 किमी (50 मील) पर लगाए जाते हैं, और फ़ाइबर (रिपीटर्स) से गुज़रते समय कम तीव्र लेज़र पल्स उत्पन्न करते हैं।