నానోలేజర్ల భావన మరియు వర్గీకరణ

నానోలేజర్ అనేది ఒక రకమైన సూక్ష్మ మరియు నానో పరికరం. ఇది నానోవైర్ వంటి నానోపదార్థాలను రెజొనేటర్‌గా ఉపయోగించి తయారు చేయబడుతుంది మరియు కాంతి ప్రేరణ లేదా విద్యుత్ ప్రేరణ కింద లేజర్‌ను విడుదల చేయగలదు. ఈ లేజర్ పరిమాణం తరచుగా కేవలం వందల మైక్రాన్లు లేదా పదుల మైక్రాన్లు మాత్రమే ఉంటుంది, మరియు దాని వ్యాసం నానోమీటర్ స్థాయి వరకు ఉంటుంది. ఇది భవిష్యత్ థిన్ ఫిల్మ్ డిస్‌ప్లే, ఇంటిగ్రేటెడ్ ఆప్టిక్స్ మరియు ఇతర రంగాలలో ఒక ముఖ్యమైన భాగం.

నానోలేజర్ వర్గీకరణ:

1. నానోవైర్ లేజర్

2001లో, యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లోని బర్కిలీలోని కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయం పరిశోధకులు, మానవ వెంట్రుక పొడవులో వెయ్యో వంతు మాత్రమే ఉన్న నానోఆప్టిక్ తీగపై ప్రపంచంలోనే అతి చిన్న లేజర్ - నానోలేజర్‌లను - సృష్టించారు. ఈ లేజర్ అతినీలలోహిత లేజర్‌లను విడుదల చేయడమే కాకుండా, నీలం నుండి గాఢ అతినీలలోహిత వరకు ఉండే లేజర్‌లను విడుదల చేసేలా దీనిని ట్యూన్ చేయవచ్చు. స్వచ్ఛమైన జింక్ ఆక్సైడ్ స్ఫటికాల నుండి ఈ లేజర్‌ను సృష్టించడానికి పరిశోధకులు ఓరియెంటెడ్ ఎపిఫైటేషన్ అనే ప్రామాణిక పద్ధతిని ఉపయోగించారు. వారు మొదట, బంగారు పొరపై 20nm నుండి 150nm వ్యాసం మరియు 10,000 nm పొడవు గల స్వచ్ఛమైన జింక్ ఆక్సైడ్ తీగలను "కల్చర్" చేశారు, అంటే వాటిని ఏర్పరిచారు. ఆ తర్వాత, పరిశోధకులు గ్రీన్‌హౌస్ కింద మరొక లేజర్‌తో నానోవైర్‌లలోని స్వచ్ఛమైన జింక్ ఆక్సైడ్ స్ఫటికాలను ఉత్తేజపరిచినప్పుడు, ఆ స్వచ్ఛమైన జింక్ ఆక్సైడ్ స్ఫటికాలు కేవలం 17nm తరంగదైర్ఘ్యం గల లేజర్‌ను విడుదల చేశాయి. భవిష్యత్తులో ఇటువంటి నానోలేజర్‌లను రసాయనాలను గుర్తించడానికి మరియు కంప్యూటర్ డిస్క్‌లు, ఫోటోనిక్ కంప్యూటర్‌ల సమాచార నిల్వ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి ఉపయోగించవచ్చు.

2. అతినీలలోహిత నానోలేజర్

మైక్రో-లేజర్‌లు, మైక్రో-డిస్క్ లేజర్‌లు, మైక్రో-రింగ్ లేజర్‌లు మరియు క్వాంటం అవలాంచ్ లేజర్‌ల ఆవిర్భావం తరువాత, బర్కిలీలోని కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయానికి చెందిన రసాయన శాస్త్రవేత్త యాంగ్ పీడాంగ్ మరియు అతని సహచరులు గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద పనిచేసే నానోలేజర్‌లను తయారు చేశారు. ఈ జింక్ ఆక్సైడ్ నానోలేజర్, కాంతి ఉద్దీపన కింద 0.3nm కంటే తక్కువ లైన్‌విడ్త్ మరియు 385nm తరంగదైర్ఘ్యం గల లేజర్‌ను విడుదల చేయగలదు. ఇది ప్రపంచంలోనే అత్యంత చిన్న లేజర్‌గా మరియు నానోటెక్నాలజీని ఉపయోగించి తయారు చేసిన మొట్టమొదటి ఆచరణాత్మక పరికరాలలో ఒకటిగా పరిగణించబడుతుంది. అభివృద్ధి యొక్క ప్రారంభ దశలో, ఈ ZnO నానోలేజర్‌ను తయారు చేయడం సులభం, ఇది అధిక ప్రకాశవంతంగా, చిన్న పరిమాణంలో ఉంటుందని మరియు దీని పనితీరు GaN బ్లూ లేజర్‌లకు సమానంగా లేదా అంతకంటే మెరుగ్గా ఉంటుందని పరిశోధకులు అంచనా వేశారు. అధిక సాంద్రత గల నానోవైర్ శ్రేణులను తయారు చేయగల సామర్థ్యం కారణంగా, నేటి GaAs పరికరాలతో సాధ్యం కాని అనేక అనువర్తనాలలోకి ZnO నానోలేజర్‌లు ప్రవేశించగలవు. అటువంటి లేజర్‌లను పెంచడానికి, ఎపిటాక్సియల్ క్రిస్టల్ పెరుగుదలను ఉత్ప్రేరకపరిచే గ్యాస్ ట్రాన్స్‌పోర్ట్ పద్ధతి ద్వారా ZnO నానోవైర్‌ను సంశ్లేషణ చేస్తారు. మొదట, నీలమణి ఆధారపదార్థంపై 1 nm~3.5nm మందం గల బంగారు పొరను పూసి, ఆ తర్వాత దానిని ఒక అల్యూమినా పడవపై ఉంచుతారు. జింక్ (Zn) ఆవిరిని ఉత్పత్తి చేయడానికి, ఆ పదార్థాన్ని మరియు ఆధారపదార్థాన్ని అమ్మోనియా ప్రవాహంలో 880 ° C ~905 ° C వరకు వేడి చేస్తారు, ఆ తర్వాత ఆ జింక్ ఆవిరిని ఆధారపదార్థానికి రవాణా చేస్తారు. 2 నిమిషాల నుండి 10 నిమిషాల పెరుగుదల ప్రక్రియలో, షట్కోణ అడ్డుకోత వైశాల్యం గల 2μm~10μm నానోవైర్లు ఉత్పత్తి అయ్యాయి. ZnO నానోవైర్ 20nm నుండి 150nm వ్యాసంతో ఒక సహజ లేజర్ కావిటీని ఏర్పరుస్తుందని, మరియు దాని వ్యాసంలో అధిక భాగం (95%) 70nm నుండి 100nm మధ్య ఉంటుందని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు. నానోవైర్ల ప్రేరిత ఉద్గారాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి, పరిశోధకులు ఒక గ్రీన్‌హౌస్‌లో Nd:YAG లేజర్ (266nm తరంగదైర్ఘ్యం, 3ns పల్స్ వెడల్పు) యొక్క నాల్గవ హార్మోనిక్ అవుట్‌పుట్‌తో నమూనాకు ఆప్టికల్ పంపింగ్ చేశారు. ఉద్గార వర్ణపటం యొక్క పరిణామ క్రమంలో, పంప్ శక్తి పెరిగేకొద్దీ కాంతి మందగించింది. ZnO నానోవైర్ యొక్క థ్రెషోల్డ్ (సుమారు 40kW/cm)ను లేజింగ్ అధిగమించినప్పుడు, ఉద్గార వర్ణపటంలో అత్యధిక బిందువు కనిపిస్తుంది. ఈ అత్యధిక బిందువుల రేఖా వెడల్పు 0.3nm కంటే తక్కువగా ఉంటుంది, ఇది థ్రెషోల్డ్ దిగువన ఉన్న ఉద్గార శిఖరం యొక్క రేఖా వెడల్పు కంటే 1/50 వంతు కంటే ఎక్కువ తక్కువ. ఈ ఇరుకైన రేఖా వెడల్పులు మరియు ఉద్గార తీవ్రతలో వేగవంతమైన పెరుగుదల కారణంగా, ఈ నానోవైర్లలో ప్రేరిత ఉద్గారం నిజంగానే సంభవిస్తుందని పరిశోధకులు నిర్ధారణకు వచ్చారు. అందువల్ల, ఈ నానోవైర్ శ్రేణి ఒక సహజ రెసొనేటర్‌గా పనిచేయగలదు మరియు తద్వారా ఒక ఆదర్శవంతమైన మైక్రో లేజర్ మూలంగా మారగలదు. ఈ స్వల్ప-తరంగదైర్ఘ్య నానోలేజర్‌ను ఆప్టికల్ కంప్యూటింగ్, సమాచార నిల్వ మరియు నానోఅనలైజర్ రంగాలలో ఉపయోగించవచ్చని పరిశోధకులు విశ్వసిస్తున్నారు.

3. క్వాంటం వెల్ లేజర్లు

2010కి ముందు మరియు తరువాత, సెమీకండక్టర్ చిప్‌పై చెక్కబడిన లైన్ వెడల్పు 100nm లేదా అంతకంటే తక్కువకు చేరుకుంటుంది, మరియు సర్క్యూట్‌లో కొన్ని ఎలక్ట్రాన్లు మాత్రమే కదులుతాయి, మరియు ఒక ఎలక్ట్రాన్ యొక్క పెరుగుదల మరియు తగ్గుదల సర్క్యూట్ యొక్క పనితీరుపై గొప్ప ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి, క్వాంటం వెల్ లేజర్‌లు ఆవిర్భవించాయి. క్వాంటం మెకానిక్స్‌లో, ఎలక్ట్రాన్ల చలనాన్ని పరిమితం చేసి, వాటిని క్వాంటైజ్ చేసే పొటెన్షియల్ క్షేత్రాన్ని క్వాంటం వెల్ అంటారు. ఈ క్వాంటం పరిమితిని సెమీకండక్టర్ లేజర్ యొక్క యాక్టివ్ లేయర్‌లో క్వాంటం శక్తి స్థాయిలను ఏర్పరచడానికి ఉపయోగిస్తారు, తద్వారా శక్తి స్థాయిల మధ్య ఎలక్ట్రానిక్ పరివర్తన లేజర్ యొక్క ఉత్తేజిత వికిరణంలో ఆధిపత్యం చెలాయిస్తుంది, దీనినే క్వాంటం వెల్ లేజర్ అంటారు. క్వాంటం వెల్ లేజర్‌లు రెండు రకాలు: క్వాంటం లైన్ లేజర్‌లు మరియు క్వాంటం డాట్ లేజర్‌లు.

① క్వాంటం లైన్ లేజర్

వేగవంతమైన కంప్యూటర్లు మరియు కమ్యూనికేషన్ పరికరాల తయారీ దిశగా ఒక పెద్ద ముందడుగు వేస్తూ, శాస్త్రవేత్తలు సాంప్రదాయ లేజర్‌ల కంటే 1,000 రెట్లు ఎక్కువ శక్తివంతమైన క్వాంటం వైర్ లేజర్‌లను అభివృద్ధి చేశారు. ఫైబర్-ఆప్టిక్ నెట్‌వర్క్‌ల ద్వారా ఆడియో, వీడియో, ఇంటర్నెట్ మరియు ఇతర రకాల కమ్యూనికేషన్ వేగాన్ని పెంచగల ఈ లేజర్‌ను యేల్ విశ్వవిద్యాలయం, న్యూజెర్సీలోని లూసెంట్ టెక్నాలజీస్ బెల్ ల్యాబ్స్ మరియు జర్మనీలోని డ్రెస్డెన్‌లో ఉన్న మాక్స్ ప్లాంక్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఫర్ ఫిజిక్స్‌కు చెందిన శాస్త్రవేత్తలు అభివృద్ధి చేశారు. ఈ అధిక-శక్తి గల లేజర్‌లు, కమ్యూనికేషన్ లైన్ పొడవునా ప్రతి 80 కిలోమీటర్లకు (50 మైళ్లకు) అమర్చే ఖరీదైన రిపీటర్‌ల అవసరాన్ని తగ్గిస్తాయి. ఈ రిపీటర్‌లు ఫైబర్ గుండా ప్రయాణించేటప్పుడు తక్కువ తీవ్రత గల లేజర్ పల్స్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.