नैनोलेजर की अवधारणा और वर्गीकरण

नैनोलेजर एक प्रकार का सूक्ष्म और नैनो उपकरण है जो नैनोवायर जैसे नैनोमटेरियल से बना होता है और फोटोएक्साइटेशन या इलेक्ट्रिकल एक्साइटेशन के तहत लेजर उत्सर्जित कर सकता है। इस लेजर का आकार अक्सर केवल कुछ सौ माइक्रोन या दसियों माइक्रोन होता है, और इसका व्यास नैनोमीटर तक होता है। यह भविष्य के थिन फिल्म डिस्प्ले, इंटीग्रेटेड ऑप्टिक्स और अन्य क्षेत्रों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।

नैनोलेजर का वर्गीकरण:

1. नैनोवायर लेजर

2001 में, संयुक्त राज्य अमेरिका के कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले के शोधकर्ताओं ने मानव बाल की लंबाई के केवल एक हजारवें हिस्से के बराबर नैनोऑप्टिक तार पर दुनिया का सबसे छोटा लेजर - नैनोलेजर - बनाया। यह लेजर न केवल पराबैंगनी लेजर उत्सर्जित करता है, बल्कि इसे नीले से लेकर गहरे पराबैंगनी तक के लेजर उत्सर्जित करने के लिए भी ट्यून किया जा सकता है। शोधकर्ताओं ने शुद्ध जिंक ऑक्साइड क्रिस्टल से लेजर बनाने के लिए ओरिएंटेड एपिफाइटेशन नामक एक मानक तकनीक का उपयोग किया। उन्होंने सबसे पहले नैनोवायरों को "संवर्धित" किया, यानी सोने की परत पर 20nm से 150nm व्यास और 10,000 nm लंबाई के शुद्ध जिंक ऑक्साइड तार बनाए। फिर, जब शोधकर्ताओं ने ग्रीनहाउस के नीचे एक अन्य लेजर से नैनोवायरों में मौजूद शुद्ध जिंक ऑक्साइड क्रिस्टलों को सक्रिय किया, तो शुद्ध जिंक ऑक्साइड क्रिस्टलों ने केवल 17nm तरंगदैर्ध्य वाला लेजर उत्सर्जित किया। ऐसे नैनोलेजर का उपयोग अंततः रसायनों की पहचान करने और कंप्यूटर डिस्क और फोटोनिक कंप्यूटरों की सूचना भंडारण क्षमता को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है।

2. पराबैंगनी नैनोलेजर

माइक्रो-लेजर, माइक्रो-डिस्क लेजर, माइक्रो-रिंग लेजर और क्वांटम एवलांच लेजर के विकास के बाद, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले के रसायनज्ञ यांग पेइडोंग और उनके सहयोगियों ने कमरे के तापमान पर नैनोलेजर विकसित किए। यह जिंक ऑक्साइड नैनोलेजर प्रकाश उत्तेजना के तहत 0.3 एनएम से कम लाइनविड्थ और 385 एनएम तरंगदैर्ध्य वाला लेजर उत्सर्जित कर सकता है। इसे दुनिया का सबसे छोटा लेजर और नैनो तकनीक का उपयोग करके निर्मित पहले व्यावहारिक उपकरणों में से एक माना जाता है। विकास के प्रारंभिक चरण में, शोधकर्ताओं ने अनुमान लगाया था कि यह ZnO नैनोलेजर निर्माण में आसान, उच्च चमक वाला, छोटे आकार का है और इसका प्रदर्शन GaN ब्लू लेजर के बराबर या उससे भी बेहतर है। उच्च घनत्व वाले नैनोवायर सरणियों को बनाने की क्षमता के कारण, ZnO नैनोलेजर कई ऐसे अनुप्रयोगों में उपयोग किया जा सकता है जो आज के GaAs उपकरणों के साथ संभव नहीं हैं। ऐसे लेजर विकसित करने के लिए, ZnO नैनोवायर को गैस परिवहन विधि द्वारा संश्लेषित किया जाता है जो एपिटैक्सियल क्रिस्टल वृद्धि को उत्प्रेरित करता है। सबसे पहले, नीलम की सतह पर 1 nm से 3.5 nm मोटी सोने की परत चढ़ाई जाती है, और फिर इसे एल्यूमिना नाव पर रखा जाता है। अमोनिया प्रवाह में इस प्रक्रिया के दौरान, ZnO वाष्प उत्पन्न करने के लिए सतह और सामग्री को 880°C से 905°C तक गर्म किया जाता है, और फिर इस वाष्प को सतह तक पहुँचाया जाता है। 2 मिनट से 10 मिनट की वृद्धि प्रक्रिया में 2 μm से 10 μm व्यास और षट्कोणीय अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल वाले नैनोवायर उत्पन्न किए गए। शोधकर्ताओं ने पाया कि ZnO नैनोवायर 20 nm से 150 nm व्यास वाली एक प्राकृतिक लेजर गुहा बनाते हैं, और इसके अधिकांश (95%) नैनोवायर का व्यास 70 nm से 100 nm होता है। नैनोवायरों के उत्तेजित उत्सर्जन का अध्ययन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने ग्रीनहाउस में Nd:YAG लेजर (266 nm तरंगदैर्ध्य, 3 ns पल्स चौड़ाई) के चौथे हार्मोनिक आउटपुट के साथ नमूने को प्रकाशीय रूप से पंप किया। उत्सर्जन स्पेक्ट्रम के विकास के दौरान, पंप शक्ति में वृद्धि के साथ प्रकाश की तीव्रता कम होती जाती है। जब लेजरिंग ZnO नैनोवायर की सीमा (लगभग 40 kW/cm) से अधिक हो जाती है, तो उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में उच्चतम बिंदु दिखाई देता है। इन उच्चतम बिंदुओं की रेखा चौड़ाई 0.3 nm से कम होती है, जो सीमा से नीचे उत्सर्जन शीर्ष की रेखा चौड़ाई से 1/50 से भी कम है। इन संकीर्ण रेखा चौड़ाई और उत्सर्जन तीव्रता में तीव्र वृद्धि के कारण शोधकर्ताओं ने यह निष्कर्ष निकाला कि इन नैनोवायरों 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 क्षेत्रों में किया जा सकता है।

3. क्वांटम वेल लेजर

2010 से पहले और बाद में, सेमीकंडक्टर चिप पर उकेरी गई रेखा की चौड़ाई 100nm या उससे कम हो जाएगी, और सर्किट में केवल कुछ ही इलेक्ट्रॉन गतिमान होंगे, और एक इलेक्ट्रॉन की वृद्धि या कमी सर्किट के संचालन पर बहुत बड़ा प्रभाव डालेगी। इस समस्या को हल करने के लिए, क्वांटम वेल लेजर का जन्म हुआ। क्वांटम यांत्रिकी में, एक विभव क्षेत्र जो इलेक्ट्रॉनों की गति को सीमित करता है और उन्हें क्वांटमकृत करता है, उसे क्वांटम वेल कहा जाता है। इस क्वांटम अवरोध का उपयोग सेमीकंडक्टर लेजर की सक्रिय परत में क्वांटम ऊर्जा स्तर बनाने के लिए किया जाता है, ताकि ऊर्जा स्तरों के बीच इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण लेजर के उत्तेजित विकिरण पर हावी हो, जो एक क्वांटम वेल लेजर है। क्वांटम वेल लेजर दो प्रकार के होते हैं: क्वांटम लाइन लेजर और क्वांटम डॉट लेजर।

① क्वांटम लाइन लेजर

वैज्ञानिकों ने क्वांटम वायर लेजर विकसित किए हैं जो पारंपरिक लेजरों की तुलना में 1,000 गुना अधिक शक्तिशाली हैं, जिससे तेज कंप्यूटर और संचार उपकरण बनाने की दिशा में एक बड़ा कदम उठाया गया है। येल विश्वविद्यालय, न्यू जर्सी में ल्यूसेंट टेक्नोलॉजीज बेल लैब्स और जर्मनी के ड्रेसडेन में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर फिजिक्स के वैज्ञानिकों ने फाइबर-ऑप्टिक नेटवर्क पर ऑडियो, वीडियो, इंटरनेट और संचार के अन्य रूपों की गति बढ़ाने में सक्षम इस लेजर को विकसित किया है। ये उच्च-शक्ति वाले लेजर महंगे रिपीटर्स की आवश्यकता को कम कर देंगे, जिन्हें संचार लाइन के साथ हर 80 किमी (50 मील) पर स्थापित किया जाता है, जो फाइबर से गुजरते समय कम तीव्र लेजर पल्स उत्पन्न करते हैं।