न्यानोलेजरहरूको अवधारणा र वर्गीकरण

नानोलेजर एक प्रकारको माइक्रो र न्यानो उपकरण हो जुन रेजोनेटरको रूपमा नानोवायर जस्ता न्यानोमटेरियलहरूबाट बनेको हुन्छ र फोटोएक्सिटेसन वा विद्युतीय उत्तेजना अन्तर्गत लेजर उत्सर्जन गर्न सक्छ। यस लेजरको आकार प्रायः सयौं माइक्रोन वा दशौं माइक्रोन मात्र हुन्छ, र व्यास न्यानोमिटर अर्डरसम्म हुन्छ, जुन भविष्यको पातलो फिल्म डिस्प्ले, एकीकृत अप्टिक्स र अन्य क्षेत्रहरूको महत्त्वपूर्ण भाग हो।

न्यानोलेजरको वर्गीकरण:

१. नानोवायर लेजर

२००१ मा, संयुक्त राज्य अमेरिकाको बर्कलेस्थित क्यालिफोर्निया विश्वविद्यालयका अनुसन्धानकर्ताहरूले मानव कपालको लम्बाइको एक हजार भाग मात्र रहेको न्यानोप्टिक तारमा विश्वको सबैभन्दा सानो लेजर - न्यानोलेजरहरू - सिर्जना गरे। यो लेजरले पराबैंगनी लेजरहरू मात्र उत्सर्जन गर्दैन, तर नीलो देखि गहिरो पराबैंगनी सम्मका लेजरहरू उत्सर्जन गर्न पनि ट्युन गर्न सकिन्छ। अनुसन्धानकर्ताहरूले शुद्ध जिंक अक्साइड क्रिस्टलहरूबाट लेजर सिर्जना गर्न उन्मुख एपिफाइटेसन भनिने मानक प्रविधि प्रयोग गरे। तिनीहरूले पहिले न्यानोवायरहरूलाई "संस्कृत" गरे, अर्थात्, २०nm देखि १५०nm व्यास र १०,००० nm शुद्ध जिंक अक्साइड तारहरूको लम्बाइ भएको सुनको तहमा बनाइयो। त्यसपछि, जब अनुसन्धानकर्ताहरूले ग्रीनहाउस मुनि अर्को लेजरको साथ न्यानोवायरहरूमा शुद्ध जिंक अक्साइड क्रिस्टलहरू सक्रिय गरे, शुद्ध जिंक अक्साइड क्रिस्टलहरूले केवल १७nm को तरंगदैर्ध्य भएको लेजर उत्सर्जन गरे। यस्ता न्यानोलेजरहरू अन्ततः रसायनहरू पहिचान गर्न र कम्प्युटर डिस्क र फोटोनिक कम्प्युटरहरूको जानकारी भण्डारण क्षमता सुधार गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।

२. पराबैंगनी न्यानोलेजर

माइक्रो-लेजर, माइक्रो-डिस्क लेजर, माइक्रो-रिंग लेजर र क्वान्टम हिमस्खलन लेजरहरूको आगमन पछि, क्यालिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कलेका रसायनशास्त्री याङ पेइडोङ र उनका सहकर्मीहरूले कोठाको तापक्रममा न्यानोलेजरहरू बनाए। यो जिंक अक्साइड न्यानोलेजरले प्रकाश उत्तेजना अन्तर्गत ०.३nm भन्दा कम लाइनविड्थ र ३८५nm को तरंगदैर्ध्य भएको लेजर उत्सर्जन गर्न सक्छ, जुन संसारको सबैभन्दा सानो लेजर मानिन्छ र न्यानो प्रविधि प्रयोग गरेर निर्मित पहिलो व्यावहारिक उपकरणहरू मध्ये एक हो। विकासको प्रारम्भिक चरणमा, अनुसन्धानकर्ताहरूले भविष्यवाणी गरेका थिए कि यो ZnO न्यानोलेजर निर्माण गर्न सजिलो छ, उच्च चमक, सानो आकार, र प्रदर्शन GaN नीलो लेजरहरू बराबर वा अझ राम्रो छ। उच्च-घनत्व न्यानोवायर एरेहरू बनाउने क्षमताको कारण, ZnO न्यानोलेजरहरूले धेरै अनुप्रयोगहरू प्रविष्ट गर्न सक्छन् जुन आजको GaAs उपकरणहरूसँग सम्भव छैन। यस्ता लेजरहरू बढाउनको लागि, ZnO न्यानोवायरलाई ग्यास यातायात विधिद्वारा संश्लेषित गरिन्छ जसले एपिटेक्सियल क्रिस्टल वृद्धिलाई उत्प्रेरित गर्दछ। पहिले, नीलमणि सब्सट्रेटलाई १ nm~३.५nm बाक्लो सुनको फिल्मको तहले लेपित गरिन्छ, र त्यसपछि यसलाई एल्युमिना डुङ्गामा राखिन्छ, सामग्री र सब्सट्रेटलाई Zn स्टीम उत्पादन गर्न अमोनिया प्रवाहमा ८८० °C ~९०५ °C मा तताइन्छ, र त्यसपछि Zn स्टीम सब्सट्रेटमा ढुवानी गरिन्छ। २ मिनेट~१० मिनेटको वृद्धि प्रक्रियामा हेक्सागोनल क्रस-सेक्शनल क्षेत्र भएका २μm~१०μm का नानोवायरहरू उत्पन्न भएका थिए। अनुसन्धानकर्ताहरूले पत्ता लगाए कि ZnO नानोवायरले २०nm देखि १५०nm व्यास भएको प्राकृतिक लेजर गुहा बनाउँछ, र यसको व्यासको अधिकांश (९५%) ७०nm देखि १००nm हुन्छ। नानोवायरहरूको उत्तेजित उत्सर्जन अध्ययन गर्न, अनुसन्धानकर्ताहरूले Nd:YAG लेजर (२६६nm तरंगदैर्ध्य, ३ns पल्स चौडाइ) को चौथो हार्मोनिक आउटपुट भएको ग्रीनहाउसमा नमूनालाई अप्टिकली पम्प गरे। उत्सर्जन स्पेक्ट्रमको विकासको क्रममा, पम्प पावरको वृद्धिसँगै प्रकाश लङ्गडा हुन्छ। जब लेसिङले ZnO न्यानोवायरको थ्रेसहोल्ड (लगभग ४० किलोवाट/सेमी) नाघ्छ, उत्सर्जन स्पेक्ट्रममा उच्चतम बिन्दु देखा पर्नेछ। यी उच्चतम बिन्दुहरूको रेखा चौडाइ ०.३ एनएम भन्दा कम छ, जुन थ्रेसहोल्ड मुनिको उत्सर्जन शीर्षबाट रेखा चौडाइ भन्दा १/५० भन्दा कम छ। यी साँघुरो रेखा चौडाइ र उत्सर्जन तीव्रतामा द्रुत वृद्धिले अनुसन्धानकर्ताहरूलाई निष्कर्ष निकाल्न प्रेरित गर्‍यो कि उत्तेजित उत्सर्जन वास्तवमा यी न्यानोवायरहरूमा हुन्छ। त्यसकारण, यो न्यानोवायर एरेले प्राकृतिक रेजोनेटरको रूपमा काम गर्न सक्छ र यसरी एक आदर्श माइक्रो लेजर स्रोत बन्न सक्छ। अनुसन्धानकर्ताहरू विश्वास गर्छन् कि यो छोटो-तरंगदैर्ध्य न्यानोलेजर अप्टिकल कम्प्युटिङ, सूचना भण्डारण र न्यानोएनालाइजरको क्षेत्रमा प्रयोग गर्न सकिन्छ।

३. क्वान्टम वेल लेजरहरू

२०१० अघि र पछि, अर्धचालक चिपमा कोरिएको रेखा चौडाइ १०० एनएम वा कम पुग्नेछ, र सर्किटमा केही इलेक्ट्रोनहरू मात्र चल्नेछन्, र इलेक्ट्रोनको वृद्धि र कमीले सर्किटको सञ्चालनमा ठूलो प्रभाव पार्नेछ। यो समस्या समाधान गर्न, क्वान्टम वेल लेजरहरूको जन्म भयो। क्वान्टम मेकानिक्समा, इलेक्ट्रोनहरूको गतिलाई सीमित गर्ने र तिनीहरूलाई परिमाण गर्ने सम्भावित क्षेत्रलाई क्वान्टम वेल भनिन्छ। यो क्वान्टम अवरोध अर्धचालक लेजरको सक्रिय तहमा क्वान्टम ऊर्जा स्तरहरू बनाउन प्रयोग गरिन्छ, जसले गर्दा ऊर्जा स्तरहरू बीचको इलेक्ट्रोनिक संक्रमणले लेजरको उत्तेजित विकिरणलाई हावी गर्छ, जुन क्वान्टम वेल लेजर हो। क्वान्टम वेल लेजरहरू दुई प्रकारका हुन्छन्: क्वान्टम लाइन लेजरहरू र क्वान्टम डट लेजरहरू।

① क्वान्टम लाइन लेजर

वैज्ञानिकहरूले परम्परागत लेजरहरू भन्दा १,००० गुणा बढी शक्तिशाली क्वान्टम वायर लेजरहरू विकास गरेका छन्, जसले छिटो कम्प्युटर र सञ्चार उपकरणहरू सिर्जना गर्ने दिशामा ठूलो कदम चालेको छ। फाइबर-अप्टिक नेटवर्कहरूमा अडियो, भिडियो, इन्टरनेट र अन्य प्रकारका सञ्चारको गति बढाउन सक्ने लेजर, येल विश्वविद्यालय, न्यु जर्सीको लुसेन्ट टेक्नोलोजीज बेल ल्याब्स र जर्मनीको ड्रेस्डेनमा रहेको म्याक्स प्लान्क इन्स्टिच्युट फर फिजिक्सका वैज्ञानिकहरूले विकास गरेका हुन्। यी उच्च-शक्ति लेजरहरूले महँगो रिपीटरहरूको आवश्यकतालाई कम गर्नेछन्, जुन सञ्चार रेखामा प्रत्येक ८० किलोमिटर (५० माइल) मा स्थापित हुन्छन्, फेरि लेजर पल्सहरू उत्पादन गर्नेछन् जुन फाइबर (रिपीटर) मार्फत यात्रा गर्दा कम तीव्र हुन्छन्।