نانو لیزر های جامد Solid Nano Lasers (ساختار و عملکرد ها)

برای اینکه بلور جامدی بتواند به عنوان ماده فعال نانو لیزر استفاده شود باید خصوصیات خاصی داشته باشد. بلور باید به گونه ای شفاف باشد که نور بتواند برای بر انگیزش محیط وارد آن شود. همچنین این شفافیت باید به حدی باشد که اشعه نانو لیزر بتواند از آن خارج شود. محیط فعال لیزر می تواند جامدات مختلف باشند. نمونه ای از نانو لیزرهای جامد عبارتند از نانو لیزر یاقوت ، نئودیمیم ، یاگ و فایبر است.نانو لیزر های قابل تنظیم حالت جامد در طیف سنجی های فیزیکی و شیمیایی بکار گرفته شده اند و کاربرد آنها تحول شگرفی را در طیف سنجی اتمها و مولکولها ایجاد کرده است. طیف سنجی رامانه و طیف سنجی پیکووفمتر ثانیه ای بیش از همه از وجود لیزر های قابل تنظیم بهره برده اند. نانو لیزر های حالت جامد موجب پیشرفت و توسعه چشمگیر نانو  مخابرات  شده است. ساخت ادوات پیشرفته کشف و سنجش از راه دور مرهون بکارگیری سیستمهای نانو لیزری تمام حالت جامد می باشد.

نانو لیزر های حالت جامد فلزی از نظر تنوع مواد لیزری ، امکان ساخت انواع مختلف سیستم های نانو لیزری و بالا بردن کیفیت پرتو های خروجی از پتانسیل بالایی برخوردارند.اگر چه در اکثر نانو  لیزر ها طول موج می تواند فقط در محدوده یک درصد تغییر یابد، ولی اخیرا نانو لیزر های حالت جامد قابل تنظیم روی یک گسترده خیلی پهنتر نیز ساخته شده اند.نانو لیزر های قابل تنظیم حالت جامد در طیف سنجی های فیزیکی و شیمیایی بکار گرفته شده اند و کاربرد آنها تحول شگرفی را در طیف سنجی اتمها و مولکولها ایجاد کرده است.نانو لیزر های حالت جامد فلزی کاربرد های پر توان نظامی چون بازدهی پتانسیل خیلی بالایی دارند.نانو لیزر ها اکثرا بر اساس مفهوم وارون سازی جمعیت بین ترازهای انرژی حالت های مقید جدا از هم مواد بوده اند یعنی الکترون ها یا به اتم و مولکول متصل بوده اند و یا الکترون ها در طول چندین اتم در حرکت بوده اند.در نانو لیزر های حالت جامد فلزی که الکترون ها نسبت به این موارد مذکور آزادی حرکت شان باز هم بیشتر است. اساس نانو لیزر های حالت جامد فلزی نوسان الکترون در یک خلاء که از هر محیط بهره مادی تهی است. اساس لیزر باریکه الکترونی با سرعت نزدیک به سرعت نور از میدان مغناطیسی متناوبی که به ان جنباننده می گویند عبور می کند. سرعت نسبیتی الکترون ها , برای انتقال از بسامد پایینی که دستگاه مختصات سوار بر الکترون مشاهده می شود، باعث نوسان بسامدی می شود.توصیف دقیق نانو لیزر های حالت جامد فلزی نیازمند بکارگیری نظریه نسبیت است،ولی بعضی مفاهیم اصلی را بدون آن نیز می توان درک کرد. می دانیم که الکترون شتابدار تابش می کند و نیز با تابش ناشی از یک آنتن که در آن بارها در طول مسیری ثابت به جلو و عقب نوسان می کنند.در نانو لیزر های حالت جامد فلزی هم مانند هر لیزر دیگر، بهره لیزر به خاطر حضور گسیل القایی است.قدرت بالایی که نانو لیزر های حالت جامد فلزی دارد بیشتر در زمینه های نظامی مورد توجه قرار گرفته است. کیفیت خروجی لیزر توسط کیفت باریکه الکترونی تعیین می شود. واگرایی زاویه ای باریکه الکترونی منجر به کاهش بهره می شود، غیر یکنواختی در مغناطیس ها پهن شدگی نشری را تولید می کند.باریکه الکترونی پالسی منجر به خروج لیزر پالسی و باریکه الکترونی پیوسته منجر به خروجی به نام نانو لیزر های حالت جامد فلزی میشود.برهمکنش باریکە الکترومغناطیسی به صورت بازتاب و شکست، جذب و پراکندگی رخ میدهد. بازتاب و شکست توسط قوانین فرنل با هم ارتباط می​یابند. لذا، این دو در یک بخش بیان میشوند. البته در کاربرد های نانو لیزر های حالت جامد فلزی، شکست فقط وقتی نقش مهمی ایفا میکند که ماده ای  شفاف مانند مورد تابش واقع شود. این نکته که کدام​یک از وقایع (بازتاب، جذب، پراکندگی) بیشتر باشد، به شرایط محل مورد تابش و طول موج باریکە ورودی بستگی دارد.

در رابطه برهمکنش باریکە الکترومغناطیسی نانو لیزر های حالت جامد فلزی طول موج عامل بسیار مهمی است زیرا ضرایب شکست، جذب و پراکندگی وابسته به طول موج هستند. لذا، پرتوی نانو لیزری خواص جذب و پراکندگی بازتاب مورد نظر در عملکرد نانو لیزر ضروری است.بازتاب و شکست بازتاب عبارت است از برگشت باریکە الکترومغناطیسی توسط سطحی که پرتو به آن تابیده است. بازتاب بر دو نوع است: (بازتاب منظم و بازتاب غیرمنظم)هنگامیکه پرتوی ورودی از روی سطحی صاف و صیقلی با پستی بلندی هایی که در مقایسه با طول موج پرتوی فرودی کوچک​تر است بازتاب میشود، آن را بازتاب منظم مینامند. بازتاب نامنظم پدیده ای است که به طورکلی برای تمام سطوح بهم ریخته و مات روی میدهد. زیرا هیچکدام از آنها دارای سطح صاف و صیقلی نیستند ولی در مواردی خاص ممکن است بازتاب منظم بر نامنظم غالب باشد.نانو لیزر های حالت جامد فلزی پرتویی از تابش الکترومغناطیسی هستند. پرتو های لیزر را می توان از نور مرئی ، اشعه ایکس ، اشعه ماورا بنفش یا نور مادون قرمز تهیه کرد.نانو لیزر های حالت جامد فلزی نوعی نور برانگیخته شده و پر انرژی است که در شرایط عادی در طبیعت دیده نمیشود، ولی با فناوری و وسایل خاص میتوان آن را ایجاد کرد. نانو لیزر های حالت جامد فلزی با نور معمولی تفاوتهایی دارد که این ویژگیها باعث توانایی ها و کاربرد های خاص آن میشود.