نانولاسرز کا تصور اور درجہ بندی

نانولاسر ایک قسم کا مائیکرو اور نینو ڈیوائس ہے جو نینو میٹریلز سے بنا ہے جیسے نانوائر ایک گونج کے طور پر اور فوٹو ایکسٹیشن یا برقی اتیجیت کے تحت لیزر کا اخراج کر سکتا ہے۔ اس لیزر کا سائز اکثر صرف سینکڑوں مائیکرون یا دسیوں مائیکرون تک ہوتا ہے، اور قطر نینو میٹر آرڈر تک ہوتا ہے، جو مستقبل کی پتلی فلم ڈسپلے، مربوط آپٹکس اور دیگر شعبوں کا ایک اہم حصہ ہے۔

نانولاسر کی درجہ بندی:

1. نانوائر لیزر

2001 میں، ریاستہائے متحدہ میں یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، برکلے کے محققین نے دنیا کی سب سے چھوٹی لیزر – نانو لیزر – نانوپٹک تار پر انسانی بالوں کی لمبائی کا صرف ایک ہزارواں حصہ بنایا۔ یہ لیزر نہ صرف الٹرا وائلٹ لیزرز کا اخراج کرتا ہے بلکہ اسے نیلے رنگ سے لے کر گہرے بالائے بنفشی تک کے لیزرز کے اخراج کے لیے بھی بنایا جا سکتا ہے۔ محققین نے خالص زنک آکسائیڈ کرسٹل سے لیزر بنانے کے لیے ایک معیاری تکنیک کا استعمال کیا جسے oriented epiphytation کہا جاتا ہے۔ وہ سب سے پہلے "مہذب" نانوائرز، یعنی سونے کی تہہ پر بنتے ہیں جس کا قطر 20nm سے 150nm اور لمبائی 10,000 nm خالص زنک آکسائیڈ تاروں سے ہوتا ہے۔ پھر، جب محققین نے گرین ہاؤس کے نیچے ایک اور لیزر کے ساتھ نانوائرز میں خالص زنک آکسائیڈ کرسٹل کو چالو کیا، تو خالص زنک آکسائیڈ کرسٹل نے صرف 17nm کی طول موج کے ساتھ ایک لیزر کا اخراج کیا۔ اس طرح کے نانولاسرز کو بالآخر کیمیکلز کی شناخت اور کمپیوٹر ڈسکوں اور فوٹوونک کمپیوٹرز کی معلومات ذخیرہ کرنے کی صلاحیت کو بہتر بنانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔

2. الٹرا وائلٹ نانولاسر

مائیکرو لیزرز، مائیکرو ڈسک لیزرز، مائیکرو رِنگ لیزرز اور کوانٹم برفانی لیزرز کی آمد کے بعد، یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، برکلے میں کیمیا دان یانگ پیڈونگ اور ان کے ساتھیوں نے کمرے کے درجہ حرارت کے نینو لیزرز بنائے۔ یہ زنک آکسائیڈ نانولاسر روشنی کے اتیجیت کے تحت 0.3nm سے کم لائن وِڈتھ اور 385nm کی طول موج کے ساتھ لیزر کا اخراج کر سکتا ہے، جسے دنیا کا سب سے چھوٹا لیزر سمجھا جاتا ہے اور نینو ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے تیار کردہ پہلی عملی آلات میں سے ایک ہے۔ ترقی کے ابتدائی مرحلے میں، محققین نے پیش گوئی کی کہ یہ ZnO نانولازر تیار کرنے میں آسان، زیادہ چمک، چھوٹا سائز، اور کارکردگی GaN بلیو لیزرز کے برابر یا اس سے بھی بہتر ہے۔ اعلی کثافت والے نانوائر صفوں کو بنانے کی صلاحیت کی وجہ سے، ZnO نانو لیزر بہت سی ایپلی کیشنز داخل کر سکتے ہیں جو آج کے GaAs آلات کے ساتھ ممکن نہیں ہیں۔ اس طرح کے لیزرز کو اگانے کے لیے، ZnO نانوائر کو گیس کی نقل و حمل کے طریقہ کار سے ترکیب کیا جاتا ہے جو اپیٹیکسیل کرسٹل کی نمو کو اتپریرک کرتا ہے۔ سب سے پہلے، نیلم کے سبسٹریٹ کو 1 nm ~ 3.5nm موٹی گولڈ فلم کی تہہ کے ساتھ لیپت کیا جاتا ہے، اور پھر اسے ایلومینا بوٹ پر ڈال دیا جاتا ہے، مواد اور سبسٹریٹ کو امونیا کے بہاؤ میں 880 ° C ~ 905 ° C پر گرم کیا جاتا ہے۔ Zn بھاپ، اور پھر Zn بھاپ کو سبسٹریٹ میں لے جایا جاتا ہے۔ ہیکساگونل کراس سیکشنل ایریا کے ساتھ 2μm ~ 10μm کے نینوائرز 2 منٹ ~ 10 منٹ کے بڑھنے کے عمل میں تیار کیے گئے تھے۔ محققین نے پایا کہ ZnO nanowire 20nm سے 150nm کے قطر کے ساتھ ایک قدرتی لیزر گہا بناتا ہے، اور اس کا زیادہ تر (95%) قطر 70nm سے 100nm ہے۔ نینوائرز کے محرک اخراج کا مطالعہ کرنے کے لیے، محققین نے Nd:YAG لیزر (266nm طول موج، 3ns پلس چوڑائی) کے چوتھے ہارمونک آؤٹ پٹ کے ساتھ نمونے کو آپٹیکل طور پر گرین ہاؤس میں پمپ کیا۔ اخراج سپیکٹرم کے ارتقاء کے دوران، روشنی پمپ کی طاقت میں اضافہ کے ساتھ لنگڑا ہے. جب لیزنگ ZnO nanowire (تقریباً 40kW/cm) کی حد سے تجاوز کر جاتی ہے، تو اخراج کے اسپیکٹرم میں سب سے زیادہ نقطہ نظر آئے گا۔ ان سب سے زیادہ پوائنٹس کی لکیر کی چوڑائی 0.3nm سے کم ہے، جو دہلیز کے نیچے اخراج کی چوڑائی سے لائن کی چوڑائی سے 1/50 کم ہے۔ یہ تنگ لکیر کی چوڑائی اور اخراج کی شدت میں تیزی سے اضافہ نے محققین کو یہ نتیجہ اخذ کیا کہ محرک اخراج واقعی ان نانوائرز میں ہوتا ہے۔ لہذا، یہ نانوائر سرنی قدرتی گونج کے طور پر کام کر سکتا ہے اور اس طرح ایک مثالی مائیکرو لیزر ذریعہ بن سکتا ہے۔ محققین کا خیال ہے کہ اس مختصر طول موج کے نانولاسر کو آپٹیکل کمپیوٹنگ، انفارمیشن اسٹوریج اور نینو اینالائزر کے شعبوں میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔

3. کوانٹم ویل لیزرز

2010 سے پہلے اور اس کے بعد، سیمی کنڈکٹر چپ پر کھدی ہوئی لائن کی چوڑائی 100nm یا اس سے کم تک پہنچ جائے گی، اور سرکٹ میں صرف چند الیکٹران حرکت پذیر ہوں گے، اور الیکٹران کے بڑھنے اور گھٹنے سے اس کے آپریشن پر بہت زیادہ اثر پڑے گا۔ سرکٹ اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے کوانٹم ویل لیزرز نے جنم لیا۔ کوانٹم میکانکس میں، ایک ممکنہ فیلڈ جو الیکٹرانوں کی حرکت کو روکتا ہے اور ان کو مقدار میں رکھتا ہے، کوانٹم ویل کہا جاتا ہے۔ اس کوانٹم رکاوٹ کو سیمی کنڈکٹر لیزر کی فعال تہہ میں کوانٹم توانائی کی سطح بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، تاکہ توانائی کی سطحوں کے درمیان الیکٹرانک منتقلی لیزر کی پرجوش تابکاری پر حاوی ہو، جو ایک کوانٹم ویل لیزر ہے۔ کوانٹم ویل لیزرز کی دو قسمیں ہیں: کوانٹم لائن لیزرز اور کوانٹم ڈاٹ لیزرز۔

① کوانٹم لائن لیزر

سائنسدانوں نے کوانٹم وائر لیزرز تیار کیے ہیں جو روایتی لیزرز کے مقابلے میں 1,000 گنا زیادہ طاقتور ہیں، تیز رفتار کمپیوٹرز اور مواصلاتی آلات بنانے کی جانب ایک بڑا قدم اٹھا رہے ہیں۔ لیزر، جو فائبر آپٹک نیٹ ورکس پر آڈیو، ویڈیو، انٹرنیٹ اور مواصلات کی دیگر اقسام کی رفتار کو بڑھا سکتا ہے، اسے ییل یونیورسٹی، نیو جرسی میں لوسینٹ ٹیکنالوجیز بیل LABS اور ڈریسڈن میں میکس پلانک انسٹی ٹیوٹ برائے فزکس کے سائنسدانوں نے تیار کیا ہے۔ جرمنی. یہ زیادہ طاقت والے لیزر مہنگے ریپیٹرز کی ضرورت کو کم کر دیں گے، جو مواصلاتی لائن کے ساتھ ہر 80 کلومیٹر (50 میل) پر نصب کیے جاتے ہیں، پھر سے لیزر دالیں پیدا کرتے ہیں جو فائبر (ریپیٹر) کے ذریعے سفر کرتے وقت کم شدید ہوتی ہیں۔