നാനോലേസറുകളുടെ ആശയവും വർഗ്ഗീകരണവും

നാനോലേസർ എന്നത് ഒരു തരം മൈക്രോ, നാനോ ഉപകരണമാണ്, ഇത് നാനോവയർ പോലുള്ള നാനോ മെറ്റീരിയലുകൾ ഒരു റെസൊണേറ്ററായി നിർമ്മിച്ചതാണ്, കൂടാതെ ഫോട്ടോഎക്‌സിറ്റേഷൻ അല്ലെങ്കിൽ ഇലക്ട്രിക്കൽ എക്‌സൈറ്റേഷൻ വഴി ലേസർ പുറപ്പെടുവിക്കാൻ കഴിയും. ഈ ലേസറിന്റെ വലുപ്പം പലപ്പോഴും നൂറുകണക്കിന് മൈക്രോണുകളോ പതിനായിരക്കണക്കിന് മൈക്രോണുകളോ മാത്രമാണ്, കൂടാതെ വ്യാസം നാനോമീറ്റർ ക്രമം വരെയാണ്, ഇത് ഭാവിയിലെ നേർത്ത ഫിലിം ഡിസ്‌പ്ലേ, സംയോജിത ഒപ്‌റ്റിക്‌സ്, മറ്റ് ഫീൽഡുകൾ എന്നിവയുടെ ഒരു പ്രധാന ഭാഗമാണ്.

നാനോലേസറിന്റെ വർഗ്ഗീകരണം:

1. നാനോവയർ ലേസർ

2001-ൽ, യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിലെ ബെർക്ക്‌ലിയിലെ കാലിഫോർണിയ സർവകലാശാലയിലെ ഗവേഷകർ, മനുഷ്യന്റെ മുടിയുടെ ആയിരത്തിലൊന്ന് നീളമുള്ള നാനോപ്റ്റിക് വയറിൽ ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും ചെറിയ ലേസർ - നാനോലേസറുകൾ - സൃഷ്ടിച്ചു. ഈ ലേസർ അൾട്രാവയലറ്റ് ലേസറുകൾ പുറപ്പെടുവിക്കുക മാത്രമല്ല, നീല മുതൽ ആഴത്തിലുള്ള അൾട്രാവയലറ്റ് വരെയുള്ള ലേസറുകൾ പുറപ്പെടുവിക്കുന്നതിന് ട്യൂൺ ചെയ്യാനും കഴിയും. ശുദ്ധമായ സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് പരലുകളിൽ നിന്ന് ലേസർ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഗവേഷകർ ഓറിയന്റഡ് എപ്പിഫൈറ്റേഷൻ എന്ന ഒരു സ്റ്റാൻഡേർഡ് സാങ്കേതികത ഉപയോഗിച്ചു. അവർ ആദ്യം നാനോവയറുകൾ "കൾച്ചർ" ചെയ്തു, അതായത്, 20nm മുതൽ 150nm വരെ വ്യാസവും 10,000 nm വരെ ശുദ്ധമായ സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് വയറുകളുടെ നീളവുമുള്ള ഒരു സ്വർണ്ണ പാളിയിൽ രൂപം കൊള്ളുന്നു. തുടർന്ന്, ഗവേഷകർ ഹരിതഗൃഹത്തിന് കീഴിലുള്ള മറ്റൊരു ലേസർ ഉപയോഗിച്ച് നാനോവയറുകളിലെ ശുദ്ധമായ സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് പരലുകൾ സജീവമാക്കിയപ്പോൾ, ശുദ്ധമായ സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് പരലുകൾ 17nm മാത്രം തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള ഒരു ലേസർ പുറപ്പെടുവിച്ചു. അത്തരം നാനോലേസറുകൾ ഒടുവിൽ രാസവസ്തുക്കൾ തിരിച്ചറിയാനും കമ്പ്യൂട്ടർ ഡിസ്കുകളുടെയും ഫോട്ടോണിക് കമ്പ്യൂട്ടറുകളുടെയും വിവര സംഭരണ ​​ശേഷി മെച്ചപ്പെടുത്താനും ഉപയോഗിക്കാം.

2. അൾട്രാവയലറ്റ് നാനോലേസർ

മൈക്രോ-ലേസറുകൾ, മൈക്രോ-ഡിസ്ക് ലേസറുകൾ, മൈക്രോ-റിംഗ് ലേസറുകൾ, ക്വാണ്ടം അവലാഞ്ച് ലേസറുകൾ എന്നിവയുടെ ആവിർഭാവത്തെത്തുടർന്ന്, ബെർക്ക്‌ലിയിലെ കാലിഫോർണിയ സർവകലാശാലയിലെ രസതന്ത്രജ്ഞനായ യാങ് പീഡോങ്ങും സഹപ്രവർത്തകരും മുറിയിലെ താപനില നാനോലേസറുകൾ നിർമ്മിച്ചു. ഈ സിങ്ക് ഓക്സൈഡ് നാനോലേസറിന് 0.3nm-ൽ താഴെയുള്ള ലൈൻവിഡ്ത്തും പ്രകാശ ഉത്തേജനത്തിൽ 385nm തരംഗദൈർഘ്യവുമുള്ള ഒരു ലേസർ പുറപ്പെടുവിക്കാൻ കഴിയും, ഇത് ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും ചെറിയ ലേസറായും നാനോ ടെക്നോളജി ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച ആദ്യത്തെ പ്രായോഗിക ഉപകരണങ്ങളിലൊന്നായും കണക്കാക്കപ്പെടുന്നു. വികസനത്തിന്റെ പ്രാരംഭ ഘട്ടത്തിൽ, ഈ ZnO നാനോലേസർ നിർമ്മിക്കാൻ എളുപ്പമാണ്, ഉയർന്ന തെളിച്ചം, ചെറിയ വലിപ്പം, പ്രകടനം GaN നീല ലേസറുകളേക്കാൾ തുല്യമോ അതിലും മികച്ചതോ ആണെന്ന് ഗവേഷകർ പ്രവചിച്ചു. ഉയർന്ന സാന്ദ്രതയുള്ള നാനോവയർ അറേകൾ നിർമ്മിക്കാനുള്ള കഴിവ് കാരണം, ഇന്നത്തെ GaAs ഉപകരണങ്ങളിൽ സാധ്യമല്ലാത്ത നിരവധി ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ZnO നാനോലേസറുകൾക്ക് പ്രവേശിക്കാൻ കഴിയും. അത്തരം ലേസറുകൾ വളർത്തുന്നതിന്, എപ്പിറ്റാക്സിയൽ ക്രിസ്റ്റൽ വളർച്ചയെ ഉത്തേജിപ്പിക്കുന്ന ഗ്യാസ് ട്രാൻസ്പോർട്ട് രീതിയിലൂടെ ZnO നാനോവയർ സമന്വയിപ്പിക്കുന്നു. ആദ്യം, നീലക്കല്ലിന്റെ അടിവസ്ത്രം 1 nm~3.5nm കട്ടിയുള്ള സ്വർണ്ണ ഫിലിം കൊണ്ട് പൊതിഞ്ഞ്, പിന്നീട് ഒരു അലുമിന ബോട്ടിൽ വയ്ക്കുക, അമോണിയ പ്രവാഹത്തിൽ മെറ്റീരിയലും അടിവസ്ത്രവും 880 ° C ~905 ° C വരെ ചൂടാക്കി Zn നീരാവി ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു, തുടർന്ന് Zn നീരാവി അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് കൊണ്ടുപോകുന്നു. ഷഡ്ഭുജാകൃതിയിലുള്ള ക്രോസ്-സെക്ഷണൽ ഏരിയയുള്ള 2μm~10μm ന്റെ നാനോവയറുകൾ 2 മിനിറ്റ്~10 മിനിറ്റ് വളർച്ചാ പ്രക്രിയയിൽ സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ടു. ZnO നാനോവയർ 20nm മുതൽ 150nm വരെ വ്യാസമുള്ള ഒരു സ്വാഭാവിക ലേസർ അറ ഉണ്ടാക്കുന്നുവെന്നും അതിന്റെ വ്യാസത്തിന്റെ ഭൂരിഭാഗവും (95%) 70nm മുതൽ 100nm വരെയാണെന്നും ഗവേഷകർ കണ്ടെത്തി. നാനോവയറുകളുടെ ഉത്തേജിത ഉദ്‌വമനം പഠിക്കാൻ, ഗവേഷകർ Nd:YAG ലേസറിന്റെ നാലാമത്തെ ഹാർമോണിക് ഔട്ട്‌പുട്ട് (266nm തരംഗദൈർഘ്യം, 3ns പൾസ് വീതി) ഉള്ള ഒരു ഹരിതഗൃഹത്തിൽ സാമ്പിൾ ഒപ്റ്റിക്കലായി പമ്പ് ചെയ്തു. എമിഷൻ സ്പെക്ട്രത്തിന്റെ പരിണാമ സമയത്ത്, പമ്പ് പവറിന്റെ വർദ്ധനവ് ഉപയോഗിച്ച് പ്രകാശം മങ്ങുന്നു. ലേസിംഗ് ZnO നാനോവയറിന്റെ പരിധി കവിയുമ്പോൾ (ഏകദേശം 40kW/cm), എമിഷൻ സ്പെക്ട്രത്തിൽ ഏറ്റവും ഉയർന്ന പോയിന്റ് ദൃശ്യമാകും. ഈ ഏറ്റവും ഉയർന്ന പോയിന്റുകളുടെ ലൈൻ വീതി 0.3nm-ൽ താഴെയാണ്, ഇത് ത്രെഷോൾഡിന് താഴെയുള്ള എമിഷൻ വെർട്ടെക്സിൽ നിന്നുള്ള ലൈൻ വീതിയേക്കാൾ 1/50-ൽ കൂടുതൽ കുറവാണ്. ഈ ഇടുങ്ങിയ ലൈൻ വീതിയും എമിഷൻ തീവ്രതയിലെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വർദ്ധനവും ഗവേഷകരെ ഈ നാനോവയറുകളിൽ ഉത്തേജിത എമിഷൻ സംഭവിക്കുന്നുണ്ടെന്ന് നിഗമനത്തിലെത്തിച്ചു. അതിനാൽ, ഈ നാനോവയർ ശ്രേണിക്ക് ഒരു സ്വാഭാവിക റെസൊണേറ്ററായി പ്രവർത്തിക്കാനും അങ്ങനെ ഒരു അനുയോജ്യമായ മൈക്രോ ലേസർ സ്രോതസ്സായി മാറാനും കഴിയും. ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്പ്യൂട്ടിംഗ്, ഇൻഫർമേഷൻ സ്റ്റോറേജ്, നാനോഅനലൈസർ എന്നീ മേഖലകളിൽ ഈ ഹ്രസ്വ-തരംഗദൈർഘ്യ നാനോലേസർ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് ഗവേഷകർ വിശ്വസിക്കുന്നു.

3. ക്വാണ്ടം വെൽ ലേസറുകൾ

2010 ന് മുമ്പും ശേഷവും, സെമികണ്ടക്ടർ ചിപ്പിൽ കൊത്തിവച്ചിരിക്കുന്ന ലൈൻ വീതി 100nm അല്ലെങ്കിൽ അതിൽ കുറവായിരിക്കും, കൂടാതെ സർക്യൂട്ടിൽ കുറച്ച് ഇലക്ട്രോണുകൾ മാത്രമേ ചലിക്കുകയുള്ളൂ, ഒരു ഇലക്ട്രോണിന്റെ വർദ്ധനവും കുറവും സർക്യൂട്ടിന്റെ പ്രവർത്തനത്തിൽ വലിയ സ്വാധീനം ചെലുത്തും. ഈ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുന്നതിന്, ക്വാണ്ടം വെൽ ലേസറുകൾ പിറന്നു. ക്വാണ്ടം മെക്കാനിക്സിൽ, ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനത്തെ നിയന്ത്രിക്കുകയും അവയെ അളക്കുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു പൊട്ടൻഷ്യൽ ഫീൽഡിനെ ക്വാണ്ടം വെൽ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറിന്റെ സജീവ പാളിയിൽ ക്വാണ്ടം എനർജി ലെവലുകൾ രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് ഈ ക്വാണ്ടം കൺസ്ട്രൈന്റ് ഉപയോഗിക്കുന്നു, അങ്ങനെ ഊർജ്ജ നിലകൾക്കിടയിലുള്ള ഇലക്ട്രോണിക് സംക്രമണം ലേസറിന്റെ ഉത്തേജിത വികിരണത്തെ ആധിപത്യം സ്ഥാപിക്കുന്നു, ഇത് ഒരു ക്വാണ്ടം വെൽ ലേസർ ആണ്. രണ്ട് തരം ക്വാണ്ടം വെൽ ലേസറുകൾ ഉണ്ട്: ക്വാണ്ടം ലൈൻ ലേസറുകൾ, ക്വാണ്ടം ഡോട്ട് ലേസറുകൾ.

① ക്വാണ്ടം ലൈൻ ലേസർ

പരമ്പരാഗത ലേസറുകളേക്കാൾ 1,000 മടങ്ങ് ശക്തിയുള്ള ക്വാണ്ടം വയർ ലേസറുകൾ ശാസ്ത്രജ്ഞർ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട്, ഇത് വേഗതയേറിയ കമ്പ്യൂട്ടറുകളും ആശയവിനിമയ ഉപകരണങ്ങളും സൃഷ്ടിക്കുന്നതിലേക്ക് ഒരു വലിയ ചുവടുവയ്പ്പ് നടത്തുന്നു. ഫൈബർ-ഒപ്റ്റിക് നെറ്റ്‌വർക്കുകളിലൂടെ ഓഡിയോ, വീഡിയോ, ഇന്റർനെറ്റ്, മറ്റ് ആശയവിനിമയ രീതികൾ എന്നിവയുടെ വേഗത വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന ലേസർ, യേൽ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയിലെയും ന്യൂജേഴ്‌സിയിലെ ലൂസെന്റ് ടെക്‌നോളജീസ് ബെൽ ലാബുകളിലെയും ജർമ്മനിയിലെ ഡ്രെസ്‌ഡനിലെ മാക്‌സ് പ്ലാങ്ക് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഫോർ ഫിസിക്‌സിലെയും ശാസ്ത്രജ്ഞരാണ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തത്. ആശയവിനിമയ ലൈനിലൂടെ ഓരോ 80 കിലോമീറ്ററിലും (50 മൈൽ) സ്ഥാപിക്കുന്ന വിലകൂടിയ റിപ്പീറ്ററുകളുടെ ആവശ്യകത ഈ ഉയർന്ന പവർ ലേസറുകൾ കുറയ്ക്കും, ഫൈബറിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുമ്പോൾ തീവ്രത കുറഞ്ഞ ലേസർ പൾസുകൾ വീണ്ടും ഉത്പാദിപ്പിക്കും (റിപ്പീറ്ററുകൾ).