कामाचे तत्व आणि मुख्य प्रकारअर्धवाहक लेसर
सेमीकंडक्टरलेसर डायोडत्यांच्या उच्च कार्यक्षमता, लघुकरण आणि तरंगलांबी विविधतेसह, संप्रेषण, वैद्यकीय सेवा आणि औद्योगिक प्रक्रिया यासारख्या क्षेत्रात ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञानाचे मुख्य घटक म्हणून मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात. हा लेख कार्य तत्त्व आणि अर्धसंवाहक लेसरचे प्रकार पुढे सादर करतो, जे बहुतेक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक संशोधकांच्या निवड संदर्भासाठी सोयीस्कर आहे.
१. सेमीकंडक्टर लेसरचे प्रकाश उत्सर्जक तत्व
अर्धवाहक लेसरचे ल्युमिनेसेन्स तत्व बँड स्ट्रक्चर, इलेक्ट्रॉनिक ट्रान्झिशन आणि सेमीकंडक्टर मटेरियलच्या उत्तेजित उत्सर्जनावर आधारित आहे. अर्धवाहक मटेरियल हे बँडगॅप असलेले एक प्रकारचे मटेरियल आहे, ज्यामध्ये व्हॅलेन्स बँड आणि कंडक्शन बँड समाविष्ट आहे. जेव्हा मटेरियल ग्राउंड स्टेटमध्ये असते, तेव्हा इलेक्ट्रॉन व्हॅलेन्स बँड भरतात जेव्हा कंडक्शन बँडमध्ये कोणतेही इलेक्ट्रॉन नसतात. जेव्हा बाहेरून विशिष्ट विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते किंवा करंट इंजेक्ट केला जातो तेव्हा काही इलेक्ट्रॉन व्हॅलेन्स बँडमधून कंडक्शन बँडमध्ये संक्रमण करतात, ज्यामुळे इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या तयार होतात. ऊर्जा सोडण्याच्या प्रक्रियेदरम्यान, जेव्हा या इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या बाह्य जगाद्वारे उत्तेजित होतात, तेव्हा फोटॉन, म्हणजेच लेसर, तयार होतात.
२. सेमीकंडक्टर लेसरच्या उत्तेजना पद्धती
सेमीकंडक्टर लेसरसाठी प्रामुख्याने तीन उत्तेजना पद्धती आहेत, म्हणजे इलेक्ट्रिकल इंजेक्शन प्रकार, ऑप्टिकल पंप प्रकार आणि उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम उत्तेजना प्रकार.
इलेक्ट्रिकली इंजेक्टेड सेमीकंडक्टर लेसर: साधारणपणे, ते गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs), कॅडमियम सल्फाइड (CdS), इंडियम फॉस्फाइड (InP), आणि झिंक सल्फाइड (ZnS) सारख्या पदार्थांपासून बनलेले सेमीकंडक्टर पृष्ठभाग-जंक्शन डायोड असतात. ते फॉरवर्ड बायससह करंट इंजेक्ट करून उत्तेजित होतात, ज्यामुळे जंक्शन प्लेन प्रदेशात उत्तेजित उत्सर्जन निर्माण होते.
ऑप्टिकली पंप केलेले सेमीकंडक्टर लेसर: साधारणपणे, N-प्रकार किंवा P-प्रकारचे सेमीकंडक्टर सिंगल क्रिस्टल्स (जसे की GaAS, InAs, InSb, इ.) कार्यरत पदार्थ म्हणून वापरले जातात आणिलेसरइतर लेसरद्वारे उत्सर्जित होणारे प्रकाशीय पंप केलेले उत्तेजन म्हणून वापरले जाते.
उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम-उत्तेजित अर्धवाहक लेसर: सामान्यतः, ते कार्यरत पदार्थ म्हणून N-प्रकार किंवा P-प्रकार अर्धवाहक सिंगल क्रिस्टल्स (जसे की PbS, CdS, ZhO, इ.) देखील वापरतात आणि बाहेरून उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम इंजेक्ट करून उत्तेजित होतात. अर्धवाहक लेसर उपकरणांमध्ये, चांगली कार्यक्षमता आणि व्यापक अनुप्रयोग असलेले एक म्हणजे दुहेरी हेटेरोस्ट्रक्चर असलेले इलेक्ट्रिकली इंजेक्टेड GaAs डायोड लेसर.
३. सेमीकंडक्टर लेसरचे मुख्य प्रकार
सेमीकंडक्टर लेसरचा सक्रिय प्रदेश हा फोटॉन निर्मिती आणि प्रवर्धनासाठी मुख्य क्षेत्र आहे आणि त्याची जाडी फक्त काही मायक्रोमीटर आहे. अंतर्गत वेव्हगाइड संरचनांचा वापर फोटॉनच्या पार्श्व प्रसारावर मर्यादा घालण्यासाठी आणि ऊर्जा घनता (जसे की रिज वेव्हगाइड्स आणि बरी केलेले हेटेरोजंक्शन) वाढविण्यासाठी केला जातो. लेसर हीट सिंक डिझाइन स्वीकारतो आणि जलद उष्णता नष्ट होण्यासाठी उच्च थर्मल चालकता सामग्री (जसे की तांबे-टंगस्टन मिश्र धातु) निवडतो, जे अति उष्णतेमुळे होणारे तरंगलांबी प्रवाह रोखू शकते. त्यांच्या रचना आणि अनुप्रयोग परिस्थितीनुसार, सेमीकंडक्टर लेसर खालील चार श्रेणींमध्ये वर्गीकृत केले जाऊ शकतात:
एज-एमिटिंग लेसर (EEL)
लेसर चिपच्या बाजूला असलेल्या क्लीवेज पृष्ठभागावरून बाहेर पडतो, ज्यामुळे एक लंबवर्तुळाकार ठिपका तयार होतो (अंदाजे 30°×10° च्या विचलन कोनासह). सामान्य तरंगलांबींमध्ये 808nm (पंपिंगसाठी), 980 nm (संवादासाठी) आणि 1550 nm (फायबर कम्युनिकेशनसाठी) समाविष्ट असतात. हे उच्च-शक्तीच्या औद्योगिक कटिंग, फायबर लेसर पंपिंग स्रोत आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बॅकबोन नेटवर्कमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.
२. वर्टिकल कॅव्हिटी सरफेस एमिटिंग लेसर (VCSEL)
लेसर चिपच्या पृष्ठभागावर लंबवत उत्सर्जित होतो, ज्यामध्ये वर्तुळाकार आणि सममितीय बीम असतो (डायव्हर्जन्स अँगल <15°). ते वितरित ब्रॅग रिफ्लेक्टर (DBR) एकत्रित करते, ज्यामुळे बाह्य रिफ्लेक्टरची आवश्यकता दूर होते. हे 3D सेन्सिंग (जसे की मोबाइल फोन फेस रेकग्निशन), शॉर्ट-रेंज ऑप्टिकल कम्युनिकेशन (डेटा सेंटर) आणि LiDAR मध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.
३. क्वांटम कॅस्केड लेसर (QCL)
क्वांटम वेल्समधील इलेक्ट्रॉनच्या कॅस्केड संक्रमणावर आधारित, तरंगलांबी मध्य-ते-दूर-अवरक्त श्रेणी (3-30 μm) व्यापते, लोकसंख्या उलट्याची आवश्यकता नसताना. फोटॉन इंटरसबँड संक्रमणांद्वारे तयार केले जातात आणि सामान्यतः गॅस सेन्सिंग (जसे की CO₂ शोध), टेराहर्ट्झ इमेजिंग आणि पर्यावरणीय देखरेख यासारख्या अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जातात.
ट्युनेबल लेसरची बाह्य पोकळी रचना (ग्रेटिंग/प्रिझम/MEMS मिरर) अरुंद रेषेची रुंदी (<१०० kHz) आणि उच्च साइड-मोड रिजेक्शन रेशो (>५० dB) सह ±५० nm ची तरंगलांबी ट्यूनिंग श्रेणी प्राप्त करू शकते. हे सामान्यतः दाट तरंगलांबी विभाग मल्टीप्लेक्सिंग (DWDM) कम्युनिकेशन, स्पेक्ट्रल विश्लेषण आणि बायोमेडिकल इमेजिंग सारख्या अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जाते. सेमीकंडक्टर लेसरचा वापर कम्युनिकेशन लेसर उपकरणे, डिजिटल लेसर स्टोरेज डिव्हाइसेस, लेसर प्रोसेसिंग उपकरणे, लेसर मार्किंग आणि पॅकेजिंग उपकरणे, लेसर टाइपसेटिंग आणि प्रिंटिंग, लेसर वैद्यकीय उपकरणे, लेसर अंतर आणि कोलिमेशन डिटेक्शन उपकरणे, मनोरंजन आणि शिक्षणासाठी लेसर उपकरणे आणि उपकरणे, लेसर घटक आणि भाग इत्यादींमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. ते लेसर उद्योगाच्या मुख्य घटकांशी संबंधित आहेत. अनुप्रयोगांच्या विस्तृत श्रेणीमुळे, लेसरचे असंख्य ब्रँड आणि उत्पादक आहेत. निवड करताना, ते विशिष्ट गरजा आणि अनुप्रयोग क्षेत्रांवर आधारित असावे. वेगवेगळ्या उत्पादकांचे विविध क्षेत्रात वेगवेगळे अनुप्रयोग असतात आणि उत्पादक आणि लेसरची निवड प्रकल्पाच्या वास्तविक अनुप्रयोग क्षेत्रानुसार केली पाहिजे.
पोस्ट वेळ: नोव्हेंबर-०५-२०२५