نانو لیزر های شیمیایی (Chemical nano-lasers) ساختار ، عملکرد

نانو لیزر شیمیایی معمولا به لیزری گفته می شود که وارونی انبوهی آن مستقیما از واکنش شیمیایی حاصل شود. در نانو لیزر شیمیایی معمولا واکنشی شیمیایی بین عناصر گازی وجود دارد. در این مورد مقدار زیادی از انرژی واکنش به صورت انرژی ارتعاشی مولکول ها باقی می ماند.

در این نوع نانو لیزرها ، تغییرات انرژی حاصل از یک واکنش شیمیایی باعث برانگیزش بعضی از فرآورده ها و در نتیجه وارونگی جمعیت می شود که به دنبال آن عمل لیزر اتفاق می افتد. تجزیه هالید نیتروزیل  توسط نور را می توان به عنوان مثال ذکر نمود. در تجزیه هالید نیتروزیل بر انگیخته می شود. و می تواند کلر یا برم باشد.به دلیل وجود تابش های فلورانس پر شدت حاصل از بعضی ترکیبات  لانتانید ها ، استفاده از این سیستم ها چندان مورد توجه نبوده است. این ترکیبات ایجاد پرتو نانو لیزر را ممکن ساخته است. یکی از مکانیسم های پیشنهادی برای این فرآیند آن است که ابتدا لیگاند برانگیخته شده و سپس یک جهش بدون تابش درون مولکولی به تراز برانگیخته فلز صورت گیرد و به دنبال آن یون فلزی با گسیل تابش فلورسانس به تراز پایه بر می گردد.این تابش سرچشمه پرتو نور نانو لیزر است.دی کتونها از جمله لیگاند هایی هستند که با تولید ترکیبات واکنش شیمیایی  می نمایند. در چنین سیستم هایی می توان با استفاده از یونهای فلزی _ شیمیایی گوناگون ، نانو لیزر های کنترل شده) بدست آورد. اما نیاز به درجه حرارت پایین جهت تامین کارآیی خوب ، این سیستم ها میباشد.

نانو لیزر های شیمیایی به دلیل انتقال گرمای بیش از حد از حفره لیزر از طریق جریان مافوق صوت ، کیفیت پرتو بسیار خوبی دارند. نانو لیزر شیمیایی را با تشخیص اینکه بسیاری از واکنش های شیمیایی انرژی اضافی را در ارتعاشات کششی پیوند تازه تشکیل شده رسوب می دهد ، پیشنهاد داد. اگر واکنش شیمیایی در نانو لیزر  به تولید ساختار هایی با انرژی داخلی بیشتر نسبت به حالتهایی با انرژی داخلی کمتر منجر شود.نانو لیزر در مقیاس های طول 1000 برابر کوچکتر از ضخامت موی انسان کار می کند. طول عمر نوری که در چنین ابعادی کوچک گرفته می شود به قدری کوتاه است که موج نور تنها چند ده یا صدها بار زمان دارد که به سمت بالا و پایین حرکت کند. نانو لیزر ها چشم اندازهای جدیدی را برای منابع نوری منسجم روی تراشه مانند لیزرها باز می کند که بسیار کوچک و فوق سریع هستند.عملکرد نانو لیزر  بر اساس نانو ذرات رسانای سریع مانند نقره است که در یک آرایه دوره ای مرتب شده اند. بر خلاف لیزرهای معمولی ، که بازخورد سیگنال لیزر توسط آینه های معمولی تامین می شود ، نانو لیزر از اتصال تابشی بین نانو ذرات رسانای سریع مانند نقره استفاده می کند. این ذرات در اندازه 100 نانومتر به عنوان آنتن های کوچک عمل می کنند.برای تولید نور لیزر با شدت بالا ، فاصله بین ذرات با طول موج لیزر مطابقت داده میشود تا تمام ذرات آرایه به صورت هم صدا تابش شوند. از مولکولهای آلی فلورسنت برای تامین انرژی ورودی (سود) مورد نیاز برای نانو لیزر استفاده میشود.

یک چالش اساسی برای نانو لیزر ها عدم وجود نور به اندازه کافی است که اگر در ابعاد کوچک وجود نداشته باشد تا مفید باشد.

 نور از نانو لیزر تابش و باز تابش نمیشود. برای برطرف کردن مشکل تابش و بازتابش نانو لیزر را در حالت تاریک لیزینگ تولید می کنند.یک حالت تاریک را می توان با در نظر گرفتن آنتن های منظم به طور مستقیم درک کرد: یک آنتن منفرد ، هنگامی که توسط یک جریان هدایت می شود ، به شدت تابش می کند ، در حالی که دو آنتن - اگر توسط جریان های مخالف هدایت شوند و بسیار نزدیک به یکدیگر قرار بگیرند ، بسیار کم تابش می کنند"  "یک حالت تاریک در یک آرایه نانو ذره باعث جریان مشابه فاز مخالف در هر نانوذره می شود ، فرکانس های نور مرئی"."حالت های تاریک برای برنامه هایی که به مصرف انرژی کم نیاز دارند مانند نانو لیزر ها  جذاب هستند. اما بدون هیچ ترفندی ، لیزر حالت تاریک کاملا بی فایده است زیرا نور اساسا در آرایه نانو ذرات گیر می کند و نمی تواند خارج شود."اما با استفاده از اندازه کوچک آرایه ، یک مسیر فرار برای نور پیدا شده و. به سمت لبه های آرایه ، نانو ذرات شروع به انعکاس بیشتر و بیشتر شبیه آنتن های منظمی می کنند که به دنیای خارج تابش می کنند.

شدت موج الکترومغناطیسی ورودی در اثر عبور از در فرآیند جذب میان ماده کاهش م​یابد. جذب، ناشی از تبدیل بخشی از انرژی نور به حرکت و نوسانهای ویژە مادە جاذب است.توانایی یک محیط در جذب باریکه های الکترومغناطیسی به چند عامل از جمله ساختار الکترونی اتمها و مولکولها، طول موج باریکه، ضخامت لایه جاذب و عوامل داخلی مانند درجه حرارت و غلظت مادە جاذب بستگی دارد.ضریب جذب با µa نشان داده میشود و با احتمال جذب شدن یک فوتون نوری هنگام حرکت در جزء طول بسیار کوچکی از مسیر خود تعریف میشود و واحد 1-mm میباشد که نشان دهندە میزان کاهش در انرژی تابشی به علت جذب شدن پرتوها در واحد طول z میباشد.نانو لیزر به دستگاه های ساطع کننده تشعشع الکترومغناطیسی با استفاده از تقویت نور توسط انتشار تحریک شده تابش در طول موج از 180 نانومتر تا 1 میلی متر محدود می شود. طیف الکترومغناطیسی نانو لیزر شامل انرژی از اشعه گاما تا الکتریسیته است.  اشعه نانو لیزر برای کاربردهای فعلی نظامی و تجاری شامل اشعه ماورا بنفش ، مرئی و مادون قرمز طیف است. تابش اشعه ماورا  بنفش برای نانو لیزرها از طول موج های 180 تا 400 نانومتر تشکیل شده است. منطقه مرئی از تشعشعات با طول موج بین 400 تا 700 نانومتر تشکیل شده است. این بخشی است که ما آن را نور مرئی می نامیم. ناحیه مادون قرمز طیف از تشعشعات با طول موج بین 700 نانومتر تا 1 میلی متر تشکیل شده است. اشعه نانو لیزر جذب شده توسط پوست تنها به چند لایه نفوذ می کند. در چشم ، اشعه مادون قرمز قابل مشاهده و نزدیک آن از طریق قرنیه عبور می کند و به شبکیه متمرکز شده و جذب می شود. این طول موج نور است که احساس مرئی رنگ را تعیین می کند: بنفش در 400 نانومتر ، قرمز با 700 نانومتر و سایر رنگهای طیف مرئی در این بین. هنگامی که تابش جذب می شود ، تاثیر بر روی بافت بیولوژیکی جذب کننده ، فتوشیمیایی ، حرارتی یا مکانیکی است: در منطقه ماورا بنفش ، این عمل عمدتا فتوشیمیایی است. در منطقه مادون قرمز ، این عمل در درجه حرارت است.