નેનોલેસર્સની વિભાવના અને વર્ગીકરણ

નેનોલેસર એ એક પ્રકારનું સૂક્ષ્મ અને નેનો ઉપકરણ છે જે રિઝોનેટર તરીકે નેનોવાયર જેવા નેનોમટેરિયલ્સથી બનેલું છે અને ફોટોએક્સિટેશન અથવા ઇલેક્ટ્રિકલ ઉત્તેજના હેઠળ લેસર ઉત્સર્જન કરી શકે છે. આ લેસરનું કદ ઘણીવાર માત્ર સેંકડો માઈક્રોન અથવા તો દસેક માઈક્રોનનું હોય છે, અને વ્યાસ નેનોમીટરના ક્રમ સુધીનો હોય છે, જે ભવિષ્યની પાતળી ફિલ્મ ડિસ્પ્લે, ઈન્ટીગ્રેટેડ ઓપ્ટિક્સ અને અન્ય ક્ષેત્રોનો મહત્વનો ભાગ છે.

નેનોલેસરનું વર્ગીકરણ:

1. નેનોવાયર લેસર

2001 માં, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, બર્કલેના સંશોધકોએ, માનવ વાળની ​​લંબાઈના માત્ર એક હજારમાં ભાગના નેનોઓપ્ટિક વાયર પર વિશ્વનું સૌથી નાનું લેસર - નેનોલેસર - બનાવ્યું. આ લેસર માત્ર અલ્ટ્રાવાયોલેટ લેસરોને ઉત્સર્જિત કરતું નથી, પરંતુ વાદળીથી ઊંડા અલ્ટ્રાવાયોલેટ સુધીના લેસરોને ઉત્સર્જિત કરવા માટે પણ ટ્યુન કરી શકાય છે. સંશોધકોએ શુદ્ધ ઝીંક ઓક્સાઇડ સ્ફટિકોમાંથી લેસર બનાવવા માટે ઓરિએન્ટેડ એપિફાઇટેશન નામની પ્રમાણભૂત તકનીકનો ઉપયોગ કર્યો હતો. તેઓ સૌપ્રથમ "સંસ્કારી" નેનોવાયર, એટલે કે, 20nm થી 150nm વ્યાસ અને 10,000 nm શુદ્ધ ઝીંક ઓક્સાઇડ વાયરની લંબાઈવાળા સોનાના પડ પર રચાય છે. પછી, જ્યારે સંશોધકોએ ગ્રીનહાઉસની નીચે બીજા લેસર વડે નેનોવાયર્સમાં શુદ્ધ ઝીંક ઓક્સાઇડ સ્ફટિકોને સક્રિય કર્યા, ત્યારે શુદ્ધ ઝીંક ઓક્સાઇડ સ્ફટિકો માત્ર 17nm ની તરંગલંબાઇ સાથે લેસર ઉત્સર્જિત કરે છે. આવા નેનોલેસરનો ઉપયોગ આખરે રસાયણોને ઓળખવા અને કમ્પ્યુટર ડિસ્ક અને ફોટોનિક કમ્પ્યુટર્સની માહિતી સંગ્રહ ક્ષમતા સુધારવા માટે થઈ શકે છે.

2. અલ્ટ્રાવાયોલેટ નેનોલેસર

માઇક્રો-લેસરો, માઇક્રો-ડિસ્ક લેસરો, માઇક્રો-રિંગ લેસરો અને ક્વોન્ટમ હિમપ્રપાત લેસરોના આગમન પછી, યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, બર્કલેના રસાયણશાસ્ત્રી યાંગ પીડોંગ અને તેમના સાથીઓએ ઓરડાના તાપમાને નેનોલેસર બનાવ્યા. આ ઝીંક ઓક્સાઇડ નેનોલેસર પ્રકાશ ઉત્તેજના હેઠળ 0.3nm કરતાં ઓછી લાઇનવિડ્થ અને 385nm ની તરંગલંબાઇ સાથે લેસર ઉત્સર્જન કરી શકે છે, જે વિશ્વનું સૌથી નાનું લેસર માનવામાં આવે છે અને નેનોટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને ઉત્પાદિત પ્રથમ વ્યવહારુ ઉપકરણોમાંનું એક છે. વિકાસના પ્રારંભિક તબક્કામાં, સંશોધકોએ આગાહી કરી હતી કે આ ZnO નેનોલેસર ઉત્પાદનમાં સરળ છે, ઉચ્ચ તેજ છે, નાનું કદ છે, અને પ્રદર્શન GaN વાદળી લેસર કરતાં બરાબર અથવા વધુ સારું છે. ઉચ્ચ-ઘનતા નેનોવાયર એરે બનાવવાની ક્ષમતાને કારણે, ZnO નેનોલેસર્સ ઘણી એપ્લિકેશનો દાખલ કરી શકે છે જે આજના GaAs ઉપકરણો સાથે શક્ય નથી. આવા લેસરોને ઉગાડવા માટે, ZnO નેનોવાયરને ગેસ ટ્રાન્સપોર્ટ પદ્ધતિ દ્વારા સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે જે એપિટેક્સિયલ ક્રિસ્ટલ વૃદ્ધિને ઉત્પ્રેરિત કરે છે. સૌપ્રથમ, નીલમ સબસ્ટ્રેટને 1 nm~3.5nm જાડા ગોલ્ડ ફિલ્મના સ્તર સાથે કોટેડ કરવામાં આવે છે, અને પછી તેને એલ્યુમિના બોટ પર મુકવામાં આવે છે, સામગ્રી અને સબસ્ટ્રેટને એમોનિયાના પ્રવાહમાં 880 ° C ~ 905 ° C સુધી ગરમ કરવામાં આવે છે. Zn વરાળ, અને પછી Zn વરાળ સબસ્ટ્રેટમાં પરિવહન થાય છે. ષટ્કોણ ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર સાથે 2μm~10μm ના નેનોવાયર 2min~10min ની વૃદ્ધિ પ્રક્રિયામાં પેદા થયા હતા. સંશોધકોએ શોધી કાઢ્યું કે ZnO નેનોવાયર 20nm થી 150nm વ્યાસ સાથે કુદરતી લેસર પોલાણ બનાવે છે, અને તેનો મોટા ભાગનો (95%) વ્યાસ 70nm થી 100nm છે. નેનોવાયર્સના ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનનો અભ્યાસ કરવા માટે, સંશોધકોએ Nd:YAG લેસર (266nm તરંગલંબાઇ, 3ns પલ્સ પહોળાઈ) ના ચોથા હાર્મોનિક આઉટપુટ સાથે ગ્રીનહાઉસમાં નમૂનાને ઓપ્ટીકલી પમ્પ કર્યો. ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રમના ઉત્ક્રાંતિ દરમિયાન, પંપની શક્તિના વધારા સાથે પ્રકાશ લંગડાયો છે. જ્યારે લેસિંગ ZnO nanowire (લગભગ 40kW/cm) ની થ્રેશોલ્ડને ઓળંગે છે, ત્યારે ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રમમાં સૌથી વધુ બિંદુ દેખાશે. આ સર્વોચ્ચ બિંદુઓની રેખાની પહોળાઈ 0.3nm કરતાં ઓછી છે, જે થ્રેશોલ્ડની નીચે ઉત્સર્જન શિરોબિંદુથી રેખાની પહોળાઈ કરતાં 1/50 ઓછી છે. આ સાંકડી લાઇનવિડ્થ અને ઉત્સર્જનની તીવ્રતામાં ઝડપી વધારાને કારણે સંશોધકો નિષ્કર્ષ પર આવ્યા કે ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન ખરેખર આ નેનોવાયર્સમાં થાય છે. તેથી, આ નેનોવાયર એરે કુદરતી રેઝોનેટર તરીકે કાર્ય કરી શકે છે અને આમ એક આદર્શ માઇક્રો લેસર સ્ત્રોત બની શકે છે. સંશોધકોનું માનવું છે કે આ શોર્ટ-વેવલેન્થ નેનોલેઝરનો ઉપયોગ ઓપ્ટિકલ કમ્પ્યુટિંગ, માહિતી સ્ટોરેજ અને નેનોએનાલાઈઝરના ક્ષેત્રોમાં થઈ શકે છે.

3. ક્વોન્ટમ વેલ લેસરો

2010 પહેલા અને પછી, સેમિકન્ડક્ટર ચિપ પર કોતરવામાં આવેલી લાઇનની પહોળાઈ 100nm અથવા તેનાથી ઓછી થઈ જશે, અને સર્કિટમાં માત્ર થોડા ઈલેક્ટ્રોન જ ફરતા હશે, અને ઈલેક્ટ્રોનનો વધારો અને ઘટાડો તેની કામગીરી પર મોટી અસર કરશે. સર્કિટ આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે, ક્વોન્ટમ વેલ લેસરનો જન્મ થયો. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં, સંભવિત ક્ષેત્ર કે જે ઇલેક્ટ્રોનની ગતિને મર્યાદિત કરે છે અને તેનું પરિમાણ કરે છે તેને ક્વોન્ટમ વેલ કહેવાય છે. આ ક્વોન્ટમ અવરોધનો ઉપયોગ સેમિકન્ડક્ટર લેસરના સક્રિય સ્તરમાં ક્વોન્ટમ ઊર્જા સ્તરો બનાવવા માટે થાય છે, જેથી ઊર્જા સ્તરો વચ્ચેનું ઇલેક્ટ્રોનિક સંક્રમણ લેસરના ઉત્તેજિત રેડિયેશન પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે, જે ક્વોન્ટમ વેલ લેસર છે. ક્વોન્ટમ વેલ લેસરો બે પ્રકારના હોય છે: ક્વોન્ટમ લાઇન લેસરો અને ક્વોન્ટમ ડોટ લેસરો.

① ક્વોન્ટમ લાઇન લેસર

વૈજ્ઞાનિકોએ ક્વોન્ટમ વાયર લેસરો વિકસાવ્યા છે જે પરંપરાગત લેસરોની તુલનામાં 1,000 ગણા વધુ શક્તિશાળી છે, જે ઝડપી કમ્પ્યુટર અને સંચાર ઉપકરણો બનાવવા તરફ એક મોટું પગલું ભરે છે. લેસર, જે ઓડિયો, વિડિયો, ઈન્ટરનેટ અને ફાઈબર-ઓપ્ટિક નેટવર્ક્સ પર સંચારના અન્ય સ્વરૂપોની ઝડપ વધારી શકે છે, તે યેલ યુનિવર્સિટી, ન્યુ જર્સીમાં લ્યુસેન્ટ ટેક્નોલોજીસ બેલ LABS અને ડ્રેસ્ડનમાં મેક્સ પ્લાન્ક ઈન્સ્ટિટ્યૂટ ફોર ફિઝિક્સના વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યું હતું. જર્મની. આ ઉચ્ચ-પાવર લેસરો ખર્ચાળ રીપીટર્સની જરૂરિયાતને ઘટાડશે, જે સંચાર લાઇન સાથે દર 80km (50 માઇલ) પર સ્થાપિત થાય છે, ફરીથી લેસર પલ્સ ઉત્પન્ન કરે છે જે ફાઇબર (રીપીટર્સ) દ્વારા મુસાફરી કરતી વખતે ઓછી તીવ્ર હોય છે.