નેનોલેસર્સની વિભાવના અને વર્ગીકરણ

નેનોલેસર એ એક પ્રકારનું સૂક્ષ્મ અને નેનો ઉપકરણ છે જે રેઝોનેટર તરીકે નેનોવાયર જેવા નેનોમટીરિયલ્સથી બનેલું છે અને ફોટોએક્સિટેશન અથવા વિદ્યુત ઉત્તેજના હેઠળ લેસર ઉત્સર્જિત કરી શકે છે. આ લેસરનું કદ ઘણીવાર ફક્ત સેંકડો માઇક્રોન અથવા તો દસ માઇક્રોન હોય છે, અને વ્યાસ નેનોમીટર ક્રમ સુધીનો હોય છે, જે ભવિષ્યના પાતળા ફિલ્મ પ્રદર્શન, સંકલિત ઓપ્ટિક્સ અને અન્ય ક્ષેત્રોનો એક મહત્વપૂર્ણ ભાગ છે.

નેનોલેસરનું વર્ગીકરણ:

1. નેનોવાયર લેસર

2001 માં, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં બર્કલે સ્થિત યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયાના સંશોધકોએ માનવ વાળની ​​લંબાઈના માત્ર એક હજારમા ભાગના નેનોપ્ટિક વાયર પર વિશ્વનું સૌથી નાનું લેસર - નેનોલેઝર્સ - બનાવ્યું. આ લેસર ફક્ત અલ્ટ્રાવાયોલેટ લેસર જ ઉત્સર્જિત કરતું નથી, પરંતુ વાદળીથી લઈને ઊંડા અલ્ટ્રાવાયોલેટ સુધીના લેસર ઉત્સર્જિત કરવા માટે પણ ટ્યુન કરી શકાય છે. સંશોધકોએ શુદ્ધ ઝીંક ઓક્સાઇડ સ્ફટિકોમાંથી લેસર બનાવવા માટે ઓરિએન્ટેડ એપિફાઇટેશન નામની પ્રમાણભૂત તકનીકનો ઉપયોગ કર્યો. તેઓએ પહેલા નેનોવાયરને "સંસ્કૃત" કર્યા, એટલે કે, 20nm થી 150nm વ્યાસ અને 10,000 nm શુદ્ધ ઝીંક ઓક્સાઇડ વાયરની લંબાઈવાળા સોનાના સ્તર પર બનેલા. પછી, જ્યારે સંશોધકોએ ગ્રીનહાઉસ હેઠળ બીજા લેસર સાથે નેનોવાયરમાં શુદ્ધ ઝીંક ઓક્સાઇડ સ્ફટિકોને સક્રિય કર્યા, ત્યારે શુદ્ધ ઝીંક ઓક્સાઇડ સ્ફટિકોએ માત્ર 17nm ની તરંગલંબાઇવાળા લેસરનું ઉત્સર્જિત કર્યું. આવા નેનોલેઝર્સનો ઉપયોગ આખરે રસાયણો ઓળખવા અને કમ્પ્યુટર ડિસ્ક અને ફોટોનિક કમ્પ્યુટર્સની માહિતી સંગ્રહ ક્ષમતા સુધારવા માટે થઈ શકે છે.

2. અલ્ટ્રાવાયોલેટ નેનોલેસર

માઇક્રો-લેસર્સ, માઇક્રો-ડિસ્ક લેસર્સ, માઇક્રો-રિંગ લેસર્સ અને ક્વોન્ટમ હિમવર્ષા લેસરોના આગમન પછી, યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, બર્કલે ખાતે રસાયણશાસ્ત્રી યાંગ પીડોંગ અને તેમના સાથીઓએ ઓરડાના તાપમાને નેનોલેસર બનાવ્યા. આ ઝીંક ઓક્સાઇડ નેનોલેસર પ્રકાશ ઉત્તેજના હેઠળ 0.3nm કરતા ઓછી લાઇનવિડ્થ અને 385nm ની તરંગલંબાઇ સાથે લેસર ઉત્સર્જિત કરી શકે છે, જે વિશ્વનું સૌથી નાનું લેસર માનવામાં આવે છે અને નેનો ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને ઉત્પાદિત પ્રથમ વ્યવહારુ ઉપકરણોમાંનું એક છે. વિકાસના પ્રારંભિક તબક્કામાં, સંશોધકોએ આગાહી કરી હતી કે આ ZnO નેનોલેસર ઉત્પાદન કરવામાં સરળ, ઉચ્ચ તેજ, ​​નાનું કદ અને પ્રદર્શન GaN વાદળી લેસર જેટલું અથવા તેનાથી પણ સારું છે. ઉચ્ચ-ઘનતાવાળા નેનોવાયર એરે બનાવવાની ક્ષમતાને કારણે, ZnO નેનોલેસર ઘણા કાર્યક્રમોમાં પ્રવેશ કરી શકે છે જે આજના GaAs ઉપકરણો સાથે શક્ય નથી. આવા લેસરોને વિકસાવવા 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 સોનાના ફિલ્મના સ્તરથી કોટેડ કરવામાં આવે છે, અને પછી તેને એલ્યુમિના બોટ પર મૂકવામાં આવે છે, Zn વરાળ ઉત્પન્ન કરવા માટે એમોનિયા પ્રવાહમાં સામગ્રી અને સબસ્ટ્રેટને 880 ° C ~ 905 ° C સુધી ગરમ કરવામાં આવે છે, અને પછી Zn વરાળને સબસ્ટ્રેટમાં પરિવહન કરવામાં આવે છે. 2 મિનિટ~10 મિનિટની વૃદ્ધિ પ્રક્રિયામાં ષટ્કોણ ક્રોસ-સેક્શનલ વિસ્તાર સાથે 2μm~10μm ના નેનોવાયર ઉત્પન્ન થયા હતા. સંશોધકોએ શોધી કાઢ્યું કે ZnO નેનોવાયર 20nm થી 150nm વ્યાસ સાથે કુદરતી લેસર પોલાણ બનાવે છે, અને તેનો મોટાભાગનો (95%) વ્યાસ 70nm થી 100nm છે. નેનોવાયરના ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનનો અભ્યાસ કરવા માટે, સંશોધકોએ Nd:YAG લેસર (266nm તરંગલંબાઇ, 3ns પલ્સ પહોળાઈ) ના ચોથા હાર્મોનિક આઉટપુટ સાથે ગ્રીનહાઉસમાં નમૂનાને ઓપ્ટિકલી પમ્પ કર્યો. ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રમના ઉત્ક્રાંતિ દરમિયાન, પંપ શક્તિમાં વધારા સાથે પ્રકાશ લંગડા થાય છે. જ્યારે લેસિંગ ZnO નેનોવાયરની થ્રેશોલ્ડ (લગભગ 40kW/cm) કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રમમાં સૌથી વધુ બિંદુ દેખાશે. આ ઉચ્ચતમ બિંદુઓની રેખા પહોળાઈ 0.3nm કરતાં ઓછી છે, જે થ્રેશોલ્ડની નીચે ઉત્સર્જન શિરોબિંદુથી રેખા પહોળાઈ કરતાં 1/50 કરતાં વધુ ઓછી છે. આ સાંકડી રેખા પહોળાઈ અને ઉત્સર્જન તીવ્રતામાં ઝડપી વધારાને કારણે સંશોધકો એવા નિષ્કર્ષ પર આવ્યા કે ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન ખરેખર આ નેનોવાયરમાં થાય છે. તેથી, આ નેનોવાયર એરે કુદરતી રેઝોનેટર તરીકે કાર્ય કરી શકે છે અને આમ એક આદર્શ માઇક્રો લેસર સ્ત્રોત બની શકે છે. સંશોધકો માને છે કે આ ટૂંકા-તરંગલંબાઇવાળા નેનોલેઝરનો ઉપયોગ ઓપ્ટિકલ કમ્પ્યુટિંગ, માહિતી સંગ્રહ અને નેનોએનાલાઇઝરના ક્ષેત્રોમાં થઈ શકે છે.

૩. ક્વોન્ટમ વેલ લેસરો

2010 પહેલા અને પછી, સેમિકન્ડક્ટર ચિપ પર કોતરેલી રેખા પહોળાઈ 100nm કે તેથી ઓછી હશે, અને સર્કિટમાં ફક્ત થોડા જ ઇલેક્ટ્રોન ગતિશીલ હશે, અને ઇલેક્ટ્રોનનો વધારો અને ઘટાડો સર્કિટના સંચાલન પર મોટી અસર કરશે. આ સમસ્યાને ઉકેલવા માટે, ક્વોન્ટમ વેલ લેસરનો જન્મ થયો. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં, એક સંભવિત ક્ષેત્ર જે ઇલેક્ટ્રોનની ગતિને મર્યાદિત કરે છે અને તેમને પરિમાણિત કરે છે તેને ક્વોન્ટમ વેલ કહેવામાં આવે છે. આ ક્વોન્ટમ અવરોધનો ઉપયોગ સેમિકન્ડક્ટર લેસરના સક્રિય સ્તરમાં ક્વોન્ટમ ઊર્જા સ્તરો બનાવવા માટે થાય છે, જેથી ઊર્જા સ્તરો વચ્ચેનું ઇલેક્ટ્રોનિક સંક્રમણ લેસરના ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે, જે ક્વોન્ટમ વેલ લેસર છે. ક્વોન્ટમ વેલ લેસર બે પ્રકારના હોય છે: ક્વોન્ટમ લાઇન લેસર અને ક્વોન્ટમ ડોટ લેસર.

① ક્વોન્ટમ લાઇન લેસર

વૈજ્ઞાનિકોએ ક્વોન્ટમ વાયર લેસરો વિકસાવ્યા છે જે પરંપરાગત લેસરો કરતાં 1,000 ગણા વધુ શક્તિશાળી છે, જે ઝડપી કમ્પ્યુટર્સ અને સંદેશાવ્યવહાર ઉપકરણો બનાવવા તરફ એક મોટું પગલું ભરે છે. આ લેસર, જે ફાઇબર-ઓપ્ટિક નેટવર્ક્સ પર ઑડિઓ, વિડિયો, ઇન્ટરનેટ અને અન્ય પ્રકારના સંદેશાવ્યવહારની ગતિ વધારી શકે છે, તે યેલ યુનિવર્સિટી, ન્યુ જર્સીમાં લ્યુસેન્ટ ટેક્નોલોજીસ બેલ LABS અને જર્મનીના ડ્રેસ્ડનમાં મેક્સ પ્લાન્ક ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ફોર ફિઝિક્સના વૈજ્ઞાનિકો દ્વારા વિકસાવવામાં આવ્યું હતું. આ ઉચ્ચ-શક્તિવાળા લેસરો મોંઘા રિપીટર્સની જરૂરિયાત ઘટાડશે, જે કોમ્યુનિકેશન લાઇન સાથે દર 80 કિમી (50 માઇલ) પર સ્થાપિત થાય છે, ફરીથી લેસર પલ્સ ઉત્પન્ન કરશે જે ફાઇબર (રિપીટર્સ) દ્વારા મુસાફરી કરતી વખતે ઓછા તીવ્ર હોય છે.