നാനോലേസറുകളുടെ ആശയവും വർഗ്ഗീകരണവും

നാനോവയർ പോലുള്ള നാനോ പദാർത്ഥങ്ങൾ ഒരു റെസൊണേറ്ററായി നിർമ്മിച്ചതും ഫോട്ടോ എക്‌സിറ്റേഷനോ ഇലക്ട്രിക്കൽ എക്‌സിറ്റേഷനോ കീഴിൽ ലേസർ പുറപ്പെടുവിക്കാൻ കഴിയുന്നതുമായ ഒരുതരം മൈക്രോ, നാനോ ഉപകരണമാണ് നാനോലേസർ. ഈ ലേസറിൻ്റെ വലുപ്പം പലപ്പോഴും നൂറുകണക്കിന് മൈക്രോണുകളോ അല്ലെങ്കിൽ പതിനായിരക്കണക്കിന് മൈക്രോണുകളോ ആണ്, കൂടാതെ വ്യാസം നാനോമീറ്റർ ക്രമം വരെയാണ്, ഇത് ഭാവിയിലെ നേർത്ത ഫിലിം ഡിസ്പ്ലേ, ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് ഒപ്റ്റിക്സ്, മറ്റ് ഫീൽഡുകൾ എന്നിവയുടെ ഒരു പ്രധാന ഭാഗമാണ്.

നാനോലേസറിൻ്റെ വർഗ്ഗീകരണം:

1. നാനോവയർ ലേസർ

2001-ൽ, യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിലെ ബെർക്ക്‌ലിയിലെ കാലിഫോർണിയ സർവകലാശാലയിലെ ഗവേഷകർ ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും ചെറിയ ലേസർ - നാനോലേസറുകൾ - നാനോപ്റ്റിക് വയറിൽ സൃഷ്ടിച്ചത് മനുഷ്യൻ്റെ മുടിയുടെ ആയിരത്തിലൊന്ന് നീളം മാത്രമാണ്. ഈ ലേസർ അൾട്രാവയലറ്റ് ലേസറുകൾ പുറപ്പെടുവിക്കുക മാത്രമല്ല, നീല മുതൽ ആഴത്തിലുള്ള അൾട്രാവയലറ്റ് വരെയുള്ള ലേസറുകൾ പുറപ്പെടുവിക്കാൻ ട്യൂൺ ചെയ്യാനും കഴിയും. ശുദ്ധമായ സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് പരലുകളിൽ നിന്ന് ലേസർ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഗവേഷകർ ഓറിയൻ്റഡ് എപ്പിഫൈറ്റേഷൻ എന്ന ഒരു സാധാരണ സാങ്കേതികത ഉപയോഗിച്ചു. 20nm മുതൽ 150nm വരെ വ്യാസവും 10,000 nm ശുദ്ധമായ സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് വയറുകളും ഉള്ള ഒരു സ്വർണ്ണ പാളിയിലാണ് അവർ ആദ്യം "കൾച്ചർഡ്" നാനോ വയറുകൾ ഉണ്ടാക്കിയത്. തുടർന്ന്, ഹരിതഗൃഹത്തിന് കീഴിലുള്ള മറ്റൊരു ലേസർ ഉപയോഗിച്ച് നാനോവയറുകളിലെ ശുദ്ധമായ സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് പരലുകൾ ഗവേഷകർ സജീവമാക്കിയപ്പോൾ, ശുദ്ധമായ സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് പരലുകൾ 17nm തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ഒരു ലേസർ പുറപ്പെടുവിച്ചു. രാസവസ്തുക്കൾ തിരിച്ചറിയുന്നതിനും കമ്പ്യൂട്ടർ ഡിസ്കുകളുടെയും ഫോട്ടോണിക് കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെയും വിവര സംഭരണ ​​ശേഷി മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും അത്തരം നാനോലേസറുകൾ ഒടുവിൽ ഉപയോഗിക്കാം.

2. അൾട്രാവയലറ്റ് നാനോലേസർ

മൈക്രോ-ലേസർ, മൈക്രോ-ഡിസ്ക് ലേസർ, മൈക്രോ-റിംഗ് ലേസർ, ക്വാണ്ടം അവലാഞ്ച് ലേസർ എന്നിവയുടെ ആവിർഭാവത്തെത്തുടർന്ന്, രസതന്ത്രജ്ഞനായ യാങ് പീഡോംഗും ബെർക്ക്‌ലിയിലെ കാലിഫോർണിയ സർവകലാശാലയിലെ അദ്ദേഹത്തിൻ്റെ സഹപ്രവർത്തകരും റൂം ടെമ്പറേച്ചർ നാനോലേസറുകൾ നിർമ്മിച്ചു. ഈ സിങ്ക് ഓക്‌സൈഡ് നാനോലേസറിന് ലൈറ്റ് എക്‌സിറ്റേഷനിൽ 0.3nm-ൽ താഴെ ലൈൻവിഡ്ത്തും 385nm തരംഗദൈർഘ്യവുമുള്ള ഒരു ലേസർ പുറപ്പെടുവിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും ചെറിയ ലേസർ ആയും നാനോ ടെക്‌നോളജി ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച ആദ്യത്തെ പ്രായോഗിക ഉപകരണങ്ങളിലൊന്നായും കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. വികസനത്തിൻ്റെ പ്രാരംഭ ഘട്ടത്തിൽ, ഈ ZnO നാനോലേസർ നിർമ്മിക്കാൻ എളുപ്പമാണ്, ഉയർന്ന തെളിച്ചം, ചെറിയ വലിപ്പം, പ്രകടനം GaN ബ്ലൂ ലേസറുകൾക്ക് തുല്യമോ അതിലും മികച്ചതോ ആണെന്ന് ഗവേഷകർ പ്രവചിച്ചു. ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള നാനോവയർ അറേകൾ നിർമ്മിക്കാനുള്ള കഴിവ് കാരണം, ഇന്നത്തെ GaAs ഉപകരണങ്ങളിൽ സാധ്യമല്ലാത്ത പല ആപ്ലിക്കേഷനുകളും ZnO നാനോലേസറുകൾക്ക് നൽകാനാകും. അത്തരം ലേസറുകൾ വളർത്തുന്നതിന്, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയെ ഉത്തേജിപ്പിക്കുന്ന വാതക ഗതാഗത രീതി ഉപയോഗിച്ച് ZnO നാനോവയർ സമന്വയിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു. ആദ്യം, നീലക്കല്ലിൻ്റെ അടിവസ്ത്രം 1 nm~3.5nm കട്ടിയുള്ള സ്വർണ്ണ ഫിലിം കൊണ്ട് പൊതിഞ്ഞ്, തുടർന്ന് ഒരു അലുമിന ബോട്ടിൽ വയ്ക്കുക, മെറ്റീരിയലും അടിവസ്ത്രവും അമോണിയ പ്രവാഹത്തിൽ 880 ° C ~ 905 ° C വരെ ചൂടാക്കി ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. Zn നീരാവി, തുടർന്ന് Zn നീരാവി അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് കൊണ്ടുപോകുന്നു. 2min~10min വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ ഷഡ്ഭുജാകൃതിയിലുള്ള ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ ഏരിയയുള്ള 2μm~10μm നാനോവയറുകൾ സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ടു. ZnO നാനോവയർ 20nm മുതൽ 150nm വരെ വ്യാസമുള്ള ഒരു സ്വാഭാവിക ലേസർ അറ ഉണ്ടാക്കുന്നുവെന്നും അതിൻ്റെ വ്യാസത്തിൻ്റെ ഭൂരിഭാഗവും (95%) 70nm മുതൽ 100nm വരെയാണെന്നും ഗവേഷകർ കണ്ടെത്തി. നാനോവയറുകളുടെ ഉത്തേജിത ഉദ്വമനം പഠിക്കാൻ, ഗവേഷകർ ഒരു ഹരിതഗൃഹത്തിൽ ഒരു Nd:YAG ലേസറിൻ്റെ നാലാമത്തെ ഹാർമോണിക് ഔട്ട്പുട്ട് (266nm തരംഗദൈർഘ്യം, 3ns പൾസ് വീതി) ഉപയോഗിച്ച് സാമ്പിൾ ഒപ്റ്റിക്കലായി പമ്പ് ചെയ്തു. എമിഷൻ സ്പെക്ട്രത്തിൻ്റെ പരിണാമ വേളയിൽ, പമ്പ് ശക്തിയുടെ വർദ്ധനവോടെ പ്രകാശം മുടങ്ങുന്നു. ലേസിംഗ് ZnO നാനോവയറിൻ്റെ (ഏകദേശം 40kW/cm) പരിധി കവിയുമ്പോൾ, എമിഷൻ സ്പെക്ട്രത്തിൽ ഏറ്റവും ഉയർന്ന പോയിൻ്റ് ദൃശ്യമാകും. ഈ ഉയർന്ന പോയിൻ്റുകളുടെ ലൈൻ വീതി 0.3nm-ൽ കുറവാണ്, ഇത് പരിധിക്ക് താഴെയുള്ള എമിഷൻ ശീർഷത്തിൽ നിന്നുള്ള ലൈൻ വീതിയേക്കാൾ 1/50 കുറവാണ്. ഈ ഇടുങ്ങിയ ലൈൻവിഡ്ത്ത്, എമിഷൻ തീവ്രതയിലെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വർദ്ധനവ് എന്നിവ ഈ നാനോവയറുകളിൽ ഉത്തേജിതമായ ഉദ്വമനം സംഭവിക്കുന്നു എന്ന നിഗമനത്തിലേക്ക് ഗവേഷകരെ നയിച്ചു. അതിനാൽ, ഈ നാനോവയർ അറേയ്ക്ക് ഒരു സ്വാഭാവിക അനുരണനമായി പ്രവർത്തിക്കാനും അതുവഴി അനുയോജ്യമായ മൈക്രോ ലേസർ ഉറവിടമായി മാറാനും കഴിയും. ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടിംഗ്, ഇൻഫർമേഷൻ സ്റ്റോറേജ്, നാനോ അനലൈസർ എന്നീ മേഖലകളിൽ ഈ ഹ്രസ്വ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള നാനോലേസർ ഉപയോഗിക്കാമെന്ന് ഗവേഷകർ വിശ്വസിക്കുന്നു.

3. ക്വാണ്ടം വെൽ ലേസറുകൾ

2010 ന് മുമ്പും ശേഷവും, അർദ്ധചാലക ചിപ്പിൽ കൊത്തിവച്ചിരിക്കുന്ന ലൈൻ വീതി 100nm അല്ലെങ്കിൽ അതിൽ താഴെ എത്തും, കൂടാതെ സർക്യൂട്ടിൽ കുറച്ച് ഇലക്ട്രോണുകൾ മാത്രമേ ചലിക്കുന്നുള്ളൂ, ഇലക്ട്രോണിൻ്റെ വർദ്ധനവും കുറവും അതിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തെ വളരെയധികം സ്വാധീനിക്കും. സർക്യൂട്ട്. ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കാൻ, ക്വാണ്ടം വെൽ ലേസറുകൾ പിറന്നു. ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സിൽ, ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനത്തെ നിയന്ത്രിക്കുകയും അവയെ ക്വാണ്ടൈസ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു സാധ്യതയുള്ള ഫീൽഡിനെ ക്വാണ്ടം കിണർ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. അർദ്ധചാലക ലേസറിൻ്റെ സജീവ പാളിയിൽ ക്വാണ്ടം എനർജി ലെവലുകൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഈ ക്വാണ്ടം പരിമിതി ഉപയോഗിക്കുന്നു, അതിനാൽ ഊർജ്ജ നിലകൾ തമ്മിലുള്ള ഇലക്ട്രോണിക് സംക്രമണം ലേസറിൻ്റെ ആവേശകരമായ വികിരണത്തിൽ ആധിപത്യം സ്ഥാപിക്കുന്നു, ഇത് ഒരു ക്വാണ്ടം വെൽ ലേസർ ആണ്. ക്വാണ്ടം വെൽ ലേസറുകൾ രണ്ട് തരത്തിലുണ്ട്: ക്വാണ്ടം ലൈൻ ലേസറുകൾ, ക്വാണ്ടം ഡോട്ട് ലേസറുകൾ.

① ക്വാണ്ടം ലൈൻ ലേസർ

പരമ്പരാഗത ലേസറുകളേക്കാൾ 1,000 മടങ്ങ് ശക്തിയുള്ള ക്വാണ്ടം വയർ ലേസറുകൾ ശാസ്ത്രജ്ഞർ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്, വേഗതയേറിയ കമ്പ്യൂട്ടറുകളും ആശയവിനിമയ ഉപകരണങ്ങളും സൃഷ്ടിക്കുന്നതിലേക്ക് ഒരു വലിയ ചുവടുവെപ്പ്. ഫൈബർ-ഒപ്റ്റിക് നെറ്റ്‌വർക്കുകൾ വഴി ഓഡിയോ, വീഡിയോ, ഇൻ്റർനെറ്റ്, മറ്റ് ആശയവിനിമയ രൂപങ്ങൾ എന്നിവയുടെ വേഗത വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന ലേസർ, യേൽ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റി, ന്യൂജേഴ്‌സിയിലെ ലൂസൻ്റ് ടെക്‌നോളജീസ് ബെൽ ലാബ്‌സ്, ഡ്രെസ്‌ഡനിലെ മാക്‌സ് പ്ലാങ്ക് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഫോർ ഫിസിക്‌സ് എന്നിവയിലെ ശാസ്ത്രജ്ഞരാണ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത്. ജർമ്മനി. ഈ ഉയർന്ന പവർ ലേസറുകൾ വിലകൂടിയ റിപ്പീറ്ററുകളുടെ ആവശ്യകത കുറയ്ക്കും, അവ ആശയവിനിമയ ലൈനിലൂടെ ഓരോ 80 കിലോമീറ്ററിലും (50 മൈൽ) സ്ഥാപിക്കുന്നു, ഫൈബറിലൂടെ (റിപ്പീറ്ററുകൾ) സഞ്ചരിക്കുമ്പോൾ തീവ്രത കുറഞ്ഞ ലേസർ പൾസുകൾ വീണ്ടും ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു.