नैनोलेज़र की अवधारणा और वर्गीकरण

नैनोलेज़र एक प्रकार का सूक्ष्म और नैनो उपकरण है जो एक अनुनादक के रूप में नैनोवायर जैसे नैनोमटेरियल से बना होता है और फोटोएक्सिटेशन या विद्युत उत्तेजना के तहत लेजर उत्सर्जित कर सकता है। इस लेजर का आकार अक्सर केवल सैकड़ों माइक्रोन या यहां तक ​​कि दसियों माइक्रोन होता है, और व्यास नैनोमीटर क्रम तक होता है, जो भविष्य की पतली फिल्म डिस्प्ले, एकीकृत प्रकाशिकी और अन्य क्षेत्रों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।

नैनोलेज़र का वर्गीकरण:

1. नैनोवायर लेजर

2001 में, संयुक्त राज्य अमेरिका में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले के शोधकर्ताओं ने मानव बाल की लंबाई के केवल एक हजारवें हिस्से के नैनोऑप्टिक तार पर दुनिया का सबसे छोटा लेजर - नैनोलेजर बनाया। यह लेज़र न केवल पराबैंगनी लेज़रों का उत्सर्जन करता है, बल्कि इसे नीले से लेकर गहरे पराबैंगनी तक के लेज़रों का उत्सर्जन 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 "सुसंस्कृत" किया, यानी 20 एनएम से 150 एनएम के व्यास और 10,000 एनएम शुद्ध जिंक ऑक्साइड तारों की लंबाई के साथ सोने की परत पर बनाया। फिर, जब शोधकर्ताओं ने ग्रीनहाउस के नीचे एक अन्य लेजर के साथ नैनोवायर में शुद्ध जिंक ऑक्साइड क्रिस्टल को सक्रिय किया, तो शुद्ध जिंक ऑक्साइड क्रिस्टल ने केवल 17nm की तरंग दैर्ध्य के साथ एक लेजर उत्सर्जित किया। ऐसे नैनोलेज़र का उपयोग अंततः रसायनों की पहचान करने और कंप्यूटर डिस्क और फोटोनिक कंप्यूटर की सूचना भंडारण क्षमता में सुधार करने के लिए किया जा सकता है।

2. पराबैंगनी नैनोलेजर

माइक्रो-लेजर, माइक्रो-डिस्क लेजर, माइक्रो-रिंग लेजर और क्वांटम एवलांच लेजर के आगमन के बाद, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में रसायनज्ञ यांग पीडॉन्ग और उनके सहयोगियों ने कमरे के तापमान वाले नैनोलेजर बनाए। यह जिंक ऑक्साइड नैनोलेजर प्रकाश उत्तेजना के तहत 0.3nm से कम लाइनविड्थ और 385nm की तरंग दैर्ध्य के साथ एक लेजर उत्सर्जित कर सकता है, जिसे दुनिया का सबसे छोटा लेजर माना जाता है और नैनोटेक्नोलॉजी का उपयोग करके निर्मित पहले व्यावहारिक उपकरणों में से एक माना जाता है। विकास के प्रारंभिक चरण में, शोधकर्ताओं ने भविष्यवाणी की कि यह ZnO नैनोलेज़र निर्माण में आसान, उच्च चमक, छोटे आकार का है, और प्रदर्शन GaN ब्लू लेज़रों के बराबर या उससे भी बेहतर है। उच्च-घनत्व नैनोवायर सरणियाँ बनाने की क्षमता के कारण, ZnO नैनोलेज़र कई अनुप्रयोगों में प्रवेश कर सकते हैं जो आज के GaAs उपकरणों के साथ संभव नहीं हैं। ऐसे लेज़रों को विकसित करने के लिए, ZnO नैनोवायर को गैस परिवहन विधि द्वारा संश्लेषित किया जाता है जो एपिटैक्सियल क्रिस्टल विकास को उत्प्रेरित करता है। सबसे पहले, नीलमणि सब्सट्रेट को 1 एनएम ~ 3.5 एनएम मोटी सोने की फिल्म की परत के साथ लेपित किया जाता है, और फिर इसे एल्यूमिना नाव पर रखा जाता है, सामग्री और सब्सट्रेट को अमोनिया प्रवाह में 880 डिग्री सेल्सियस ~ 905 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है। Zn भाप, और फिर Zn भाप को सब्सट्रेट तक पहुँचाया जाता है। हेक्सागोनल क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र के साथ 2μm~10μm के नैनोवायर 2min~10min की वृद्धि प्रक्रिया में उत्पन्न हुए थे। 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। नैनोवायरों के उत्तेजित उत्सर्जन का अध्ययन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एनडी: वाईएजी लेजर (266 एनएम तरंग दैर्ध्य, 3 एनएस पल्स चौड़ाई) के चौथे हार्मोनिक आउटपुट के साथ ग्रीनहाउस में नमूना को वैकल्पिक रूप से पंप किया। उत्सर्जन स्पेक्ट्रम के विकास के दौरान, पंप शक्ति में वृद्धि के साथ प्रकाश धीमा हो जाता है। जब लेज़िंग ZnO नैनोवायर की सीमा (लगभग 40kW/cm) से अधिक हो जाती है, तो उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में उच्चतम बिंदु दिखाई देगा। इन उच्चतम बिंदुओं की लाइन की चौड़ाई 0.3 एनएम से कम है, जो कि सीमा के नीचे उत्सर्जन शीर्ष से लाइन की चौड़ाई से 1/50 से अधिक कम है। इन संकीर्ण लाइनविड्थ और उत्सर्जन की तीव्रता में तेजी से वृद्धि ने शोधकर्ताओं को यह निष्कर्ष निकालने के लिए प्रेरित किया 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 नैनोलेज़र का उपयोग ऑप्टिकल कंप्यूटिंग, सूचना भंडारण और नैनोएनालाइज़र के क्षेत्र में किया जा सकता है।

3. क्वांटम वेल लेजर

2010 से पहले और बाद में, सेमीकंडक्टर चिप पर खोदी गई लाइन की चौड़ाई 100nm या उससे कम तक पहुंच जाएगी, और सर्किट में केवल कुछ ही इलेक्ट्रॉन चलेंगे, और एक इलेक्ट्रॉन की वृद्धि और कमी का संचालन पर बहुत प्रभाव पड़ेगा। सर्किट. इस समस्या को हल करने के लिए, क्वांटम वेल लेजर का जन्म हुआ। क्वांटम यांत्रिकी में, एक संभावित क्षेत्र जो इलेक्ट्रॉनों की गति को रोकता है और उन्हें परिमाणित करता है, क्वांटम वेल कहलाता है। इस क्वांटम बाधा 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 जाए, 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 तेज़ कंप्यूटर और संचार उपकरण बनाने की दिशा में एक बड़ा कदम उठाते हुए क्वांटम वायर लेजर विकसित किया है जो पारंपरिक लेजर की तुलना में 1,000 गुना अधिक शक्तिशाली है। लेजर, जो फाइबर-ऑप्टिक नेटवर्क पर ऑडियो, वीडियो, इंटरनेट और संचार के अन्य रूपों की गति को बढ़ा सकता है, येल विश्वविद्यालय, न्यू जर्सी में ल्यूसेंट टेक्नोलॉजीज बेल लैब्स और ड्रेसडेन में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर फिजिक्स के वैज्ञानिकों द्वारा विकसित किया गया था। जर्मनी. ये उच्च-शक्ति वाले लेजर महंगे रिपीटर्स की आवश्यकता को कम कर देंगे, जो संचार लाइन के साथ हर 80 किमी (50 मील) पर स्थापित होते हैं, फिर से लेजर पल्स उत्पन्न करते हैं जो फाइबर (रिपीटर्स) के माध्यम से यात्रा करते समय कम तीव्र होते हैं।