నానోలేజర్ల భావన మరియు వర్గీకరణ

నానోలేజర్ అనేది ఒక రకమైన సూక్ష్మ మరియు నానో పరికరం, ఇది నానోవైర్ వంటి నానోమెటీరియల్స్‌తో రెసొనేటర్‌గా తయారు చేయబడింది మరియు ఫోటోఎక్సిటేషన్ లేదా ఎలక్ట్రికల్ ఎక్సైటేషన్ కింద లేజర్‌ను విడుదల చేయగలదు. ఈ లేజర్ పరిమాణం తరచుగా వందల మైక్రాన్లు లేదా పదుల మైక్రాన్లు మాత్రమే, మరియు వ్యాసం నానోమీటర్ క్రమం వరకు ఉంటుంది, ఇది భవిష్యత్ సన్నని ఫిల్మ్ డిస్ప్లే, ఇంటిగ్రేటెడ్ ఆప్టిక్స్ మరియు ఇతర ఫీల్డ్‌లలో ముఖ్యమైన భాగం.

నానోలేజర్ వర్గీకరణ:

1. నానోవైర్ లేజర్

2001లో, అమెరికాలోని బర్కిలీలోని కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయంలోని పరిశోధకులు, మానవ జుట్టు పొడవులో వెయ్యి వంతు మాత్రమే ఉండే నానోప్టిక్ వైర్‌పై ప్రపంచంలోనే అతి చిన్న లేజర్ - నానోలేజర్‌లను సృష్టించారు. ఈ లేజర్ అతినీలలోహిత లేజర్‌లను విడుదల చేయడమే కాకుండా, నీలం నుండి లోతైన అతినీలలోహిత వరకు లేజర్‌లను విడుదల చేయడానికి కూడా ట్యూన్ చేయవచ్చు. స్వచ్ఛమైన జింక్ ఆక్సైడ్ స్ఫటికాల నుండి లేజర్‌ను సృష్టించడానికి పరిశోధకులు ఓరియెంటెడ్ ఎపిఫైటేషన్ అనే ప్రామాణిక సాంకేతికతను ఉపయోగించారు. వారు మొదట నానోవైర్‌లను "కల్చర్" చేశారు, అంటే, 20nm నుండి 150nm వ్యాసం మరియు 10,000 nm స్వచ్ఛమైన జింక్ ఆక్సైడ్ వైర్ల పొడవు కలిగిన బంగారు పొరపై ఏర్పడింది. తరువాత, పరిశోధకులు నానోవైర్‌లలో స్వచ్ఛమైన జింక్ ఆక్సైడ్ స్ఫటికాలను గ్రీన్‌హౌస్ కింద మరొక లేజర్‌తో సక్రియం చేసినప్పుడు, స్వచ్ఛమైన జింక్ ఆక్సైడ్ స్ఫటికాలు కేవలం 17nm తరంగదైర్ఘ్యం కలిగిన లేజర్‌ను విడుదల చేశాయి. ఇటువంటి నానోలేజర్‌లను చివరికి రసాయనాలను గుర్తించడానికి మరియు కంప్యూటర్ డిస్క్‌లు మరియు ఫోటోనిక్ కంప్యూటర్ల సమాచార నిల్వ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి ఉపయోగించవచ్చు.

2. అతినీలలోహిత నానోలేజర్

మైక్రో-లేజర్లు, మైక్రో-డిస్క్ లేజర్లు, మైక్రో-రింగ్ లేజర్లు మరియు క్వాంటం అవలాంచ్ లేజర్ల ఆగమనం తరువాత, బర్కిలీలోని కాలిఫోర్నియా విశ్వవిద్యాలయంలోని రసాయన శాస్త్రవేత్త యాంగ్ పీడాంగ్ మరియు అతని సహచరులు గది ఉష్ణోగ్రత నానోలేజర్లను తయారు చేశారు. ఈ జింక్ ఆక్సైడ్ నానోలేజర్ 0.3nm కంటే తక్కువ లైన్ వెడల్పు మరియు కాంతి ఉత్తేజితంలో 385nm తరంగదైర్ఘ్యం కలిగిన లేజర్‌ను విడుదల చేయగలదు, ఇది ప్రపంచంలోనే అతి చిన్న లేజర్‌గా మరియు నానోటెక్నాలజీని ఉపయోగించి తయారు చేయబడిన మొదటి ఆచరణాత్మక పరికరాల్లో ఒకటిగా పరిగణించబడుతుంది. అభివృద్ధి ప్రారంభ దశలో, ఈ ZnO నానోలేజర్ తయారు చేయడం సులభం, అధిక ప్రకాశం, చిన్న పరిమాణం మరియు పనితీరు GaN బ్లూ లేజర్‌లకు సమానం లేదా మెరుగ్గా ఉంటుందని పరిశోధకులు అంచనా వేశారు. అధిక-సాంద్రత కలిగిన నానోవైర్ శ్రేణులను తయారు చేయగల సామర్థ్యం కారణంగా, ZnO నానోలేజర్‌లు నేటి GaAs పరికరాలతో సాధ్యం కాని అనేక అనువర్తనాల్లోకి ప్రవేశించగలవు. అటువంటి లేజర్‌లను పెంచడానికి, ZnO నానోవైర్ గ్యాస్ రవాణా పద్ధతి ద్వారా సంశ్లేషణ చేయబడుతుంది, ఇది ఎపిటాక్సియల్ క్రిస్టల్ పెరుగుదలను ఉత్ప్రేరకపరుస్తుంది. ముందుగా, నీలమణి ఉపరితలాన్ని 1 nm~3.5nm మందపాటి బంగారు పొరతో పూత పూసి, ఆపై దానిని అల్యూమినా పడవపై ఉంచి, Zn ఆవిరిని ఉత్పత్తి చేయడానికి అమ్మోనియా ప్రవాహంలో పదార్థం మరియు ఉపరితలాన్ని 880 ° C ~905 ° C వరకు వేడి చేస్తారు, ఆపై Zn ఆవిరిని ఉపరితలానికి రవాణా చేస్తారు. షట్కోణ క్రాస్-సెక్షనల్ ప్రాంతంతో 2μm~10μm యొక్క నానోవైర్లు 2min~10min వృద్ధి ప్రక్రియలో ఉత్పత్తి చేయబడ్డాయి. ZnO నానోవైర్ 20nm నుండి 150nm వ్యాసంతో సహజ లేజర్ కుహరాన్ని ఏర్పరుస్తుందని మరియు దాని వ్యాసంలో ఎక్కువ భాగం (95%) 70nm నుండి 100nm వరకు ఉంటుందని పరిశోధకులు కనుగొన్నారు. నానోవైర్ల ఉత్తేజిత ఉద్గారాలను అధ్యయనం చేయడానికి, పరిశోధకులు Nd:YAG లేజర్ (266nm తరంగదైర్ఘ్యం, 3ns పల్స్ వెడల్పు) యొక్క నాల్గవ హార్మోనిక్ అవుట్‌పుట్‌తో గ్రీన్‌హౌస్‌లో నమూనాను ఆప్టికల్‌గా పంప్ చేశారు. ఉద్గార వర్ణపటం యొక్క పరిణామ సమయంలో, పంప్ శక్తి పెరుగుదలతో కాంతి మందగించబడుతుంది. లేసింగ్ ZnO నానోవైర్ (సుమారు 40kW/cm) యొక్క థ్రెషోల్డ్‌ను దాటినప్పుడు, ఉద్గార స్పెక్ట్రంలో ఎత్తైన స్థానం కనిపిస్తుంది. ఈ అత్యధిక పాయింట్ల రేఖ వెడల్పు 0.3nm కంటే తక్కువగా ఉంటుంది, ఇది థ్రెషోల్డ్ క్రింద ఉద్గార శీర్షం నుండి రేఖ వెడల్పు కంటే 1/50 కంటే ఎక్కువ తక్కువ. ఈ ఇరుకైన రేఖ వెడల్పులు మరియు ఉద్గార తీవ్రతలో వేగవంతమైన పెరుగుదల ఈ నానోవైర్‌లలో ఉత్తేజిత ఉద్గారం వాస్తవానికి సంభవిస్తుందని పరిశోధకులు నిర్ధారించారు. అందువల్ల, ఈ నానోవైర్ శ్రేణి సహజ ప్రతిధ్వనిగా పనిచేస్తుంది మరియు తద్వారా ఆదర్శవంతమైన మైక్రో లేజర్ మూలంగా మారుతుంది. ఈ స్వల్ప-తరంగదైర్ఘ్య నానోలేజర్‌ను ఆప్టికల్ కంప్యూటింగ్, సమాచార నిల్వ మరియు నానోఅనలైజర్ రంగాలలో ఉపయోగించవచ్చని పరిశోధకులు విశ్వసిస్తున్నారు.

3. క్వాంటం బావి లేజర్లు

2010 కి ముందు మరియు తరువాత, సెమీకండక్టర్ చిప్‌పై చెక్కబడిన లైన్ వెడల్పు 100nm లేదా అంతకంటే తక్కువకు చేరుకుంటుంది మరియు సర్క్యూట్‌లో కొన్ని ఎలక్ట్రాన్లు మాత్రమే కదులుతాయి మరియు ఎలక్ట్రాన్ పెరుగుదల మరియు తగ్గుదల సర్క్యూట్ యొక్క ఆపరేషన్‌పై గొప్ప ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. ఈ సమస్యను పరిష్కరించడానికి, క్వాంటం వెల్ లేజర్‌లు పుట్టాయి. క్వాంటం మెకానిక్స్‌లో, ఎలక్ట్రాన్‌ల కదలికను నిరోధించే మరియు వాటిని క్వాంటిజ్ చేసే పొటెన్షియల్ ఫీల్డ్‌ను క్వాంటం వెల్ అంటారు. ఈ క్వాంటం పరిమితి సెమీకండక్టర్ లేజర్ యొక్క క్రియాశీల పొరలో క్వాంటం శక్తి స్థాయిలను ఏర్పరచడానికి ఉపయోగించబడుతుంది, తద్వారా శక్తి స్థాయిల మధ్య ఎలక్ట్రానిక్ పరివర్తన లేజర్ యొక్క ఉత్తేజిత రేడియేషన్‌ను ఆధిపత్యం చేస్తుంది, ఇది క్వాంటం వెల్ లేజర్. క్వాంటం వెల్ లేజర్‌లలో రెండు రకాలు ఉన్నాయి: క్వాంటం లైన్ లేజర్‌లు మరియు క్వాంటం డాట్ లేజర్‌లు.

① క్వాంటం లైన్ లేజర్

సాంప్రదాయ లేజర్‌ల కంటే 1,000 రెట్లు ఎక్కువ శక్తివంతమైన క్వాంటం వైర్ లేజర్‌లను శాస్త్రవేత్తలు అభివృద్ధి చేశారు, వేగవంతమైన కంప్యూటర్లు మరియు కమ్యూనికేషన్ పరికరాలను సృష్టించే దిశగా ఒక పెద్ద అడుగు వేశారు. ఫైబర్-ఆప్టిక్ నెట్‌వర్క్‌లపై ఆడియో, వీడియో, ఇంటర్నెట్ మరియు ఇతర రకాల కమ్యూనికేషన్ వేగాన్ని పెంచగల లేజర్‌ను యేల్ విశ్వవిద్యాలయం, న్యూజెర్సీలోని లూసెంట్ టెక్నాలజీస్ బెల్ LABS మరియు జర్మనీలోని డ్రెస్డెన్‌లోని మాక్స్ ప్లాంక్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఫర్ ఫిజిక్స్ శాస్త్రవేత్తలు అభివృద్ధి చేశారు. ఈ అధిక-శక్తి లేజర్‌లు కమ్యూనికేషన్ లైన్ వెంట ప్రతి 80 కి.మీ (50 మైళ్ళు) ఇన్‌స్టాల్ చేయబడిన ఖరీదైన రిపీటర్‌ల అవసరాన్ని తగ్గిస్తాయి, ఫైబర్ (రిపీటర్లు) ద్వారా ప్రయాణించేటప్పుడు తక్కువ తీవ్రత కలిగిన లేజర్ పల్స్‌లను మళ్లీ ఉత్పత్తి చేస్తాయి.