कार्यप्रणाली आणि मुख्य प्रकारसेमीकंडक्टर लेझर
सेमीकंडक्टरलेझर डायोडत्यांच्या उच्च कार्यक्षमता, लघुकरण आणि तरंगलांबीतील विविधतेमुळे, सेमीकंडक्टर लेझर्सचा वापर दळणवळण, वैद्यकीय सेवा आणि औद्योगिक प्रक्रिया यांसारख्या क्षेत्रांमध्ये ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञानाचे मुख्य घटक म्हणून मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. हा लेख सेमीकंडक्टर लेझर्सचे कार्यतत्त्व आणि प्रकार यांची अधिक ओळख करून देतो, जे बहुसंख्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक संशोधकांना निवडीसाठी संदर्भ म्हणून सोयीचे ठरते.
१. सेमीकंडक्टर लेझर्सचे प्रकाश-उत्सर्जन तत्त्व
सेमीकंडक्टर लेझर्सचे प्रदीप्ति तत्त्व हे सेमीकंडक्टर पदार्थांच्या बँड संरचना, इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण आणि उत्तेजित उत्सर्जनावर आधारित आहे. सेमीकंडक्टर पदार्थ हे बँडगॅप असलेले एक प्रकारचे पदार्थ आहेत, ज्यामध्ये व्हॅलेन्स बँड आणि कंडक्शन बँड यांचा समावेश असतो. जेव्हा पदार्थ ग्राउंड स्टेटमध्ये असतो, तेव्हा इलेक्ट्रॉन्स व्हॅलेन्स बँडमध्ये भरलेले असतात, तर कंडक्शन बँडमध्ये एकही इलेक्ट्रॉन नसतो. जेव्हा बाहेरून एक विशिष्ट विद्युत क्षेत्र लागू केले जाते किंवा विद्युत प्रवाह सोडला जातो, तेव्हा काही इलेक्ट्रॉन्स व्हॅलेन्स बँडमधून कंडक्शन बँडमध्ये संक्रमण करतात, ज्यामुळे इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या तयार होतात. ऊर्जा निर्मितीच्या प्रक्रियेदरम्यान, जेव्हा या इलेक्ट्रॉन-होल जोड्या बाह्य जगाद्वारे उत्तेजित होतात, तेव्हा फोटॉन, म्हणजेच लेझर्स, निर्माण होतात.
२. सेमीकंडक्टर लेझरच्या उत्तेजन पद्धती
सेमीकंडक्टर लेझर्ससाठी प्रामुख्याने तीन उत्तेजन पद्धती आहेत, त्या म्हणजे इलेक्ट्रिकल इंजेक्शन प्रकार, ऑप्टिकल पंप प्रकार आणि उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम उत्तेजन प्रकार.
विद्युत प्रवाहित सेमीकंडक्टर लेझर्स: सामान्यतः, हे गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs), कॅडमियम सल्फाइड (CdS), इंडियम फॉस्फाइड (InP), आणि झिंक सल्फाइड (ZnS) यांसारख्या पदार्थांपासून बनवलेले सेमीकंडक्टर सरफेस-जंक्शन डायोड असतात. फॉरवर्ड बायसच्या दिशेने विद्युत प्रवाह देऊन त्यांना उत्तेजित केले जाते, ज्यामुळे जंक्शन प्लेन प्रदेशात उत्तेजित उत्सर्जन निर्माण होते.
ऑप्टिकली पंप्ड सेमीकंडक्टर लेझर्स: सामान्यतः, N-प्रकार किंवा P-प्रकारचे सेमीकंडक्टर सिंगल क्रिस्टल्स (जसे की GaAS, InAs, InSb, इत्यादी) कार्यकारी पदार्थ म्हणून वापरले जातात, आणिलेझरइतर लेसरमधून उत्सर्जित होणारा प्रकाश ऑप्टिकली पंप्ड उत्तेजना म्हणून वापरला जातो.
उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम-उत्तेजित सेमीकंडक्टर लेझर्स: सामान्यतः, यामध्ये देखील कार्यकारी पदार्थ म्हणून एन-टाइप किंवा पी-टाइप सेमीकंडक्टर सिंगल क्रिस्टल्स (जसे की PbS, CdS, ZhO, इत्यादी) वापरले जातात आणि बाहेरून उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम आत सोडून त्यांना उत्तेजित केले जाते. सेमीकंडक्टर लेझर उपकरणांमध्ये, उत्तम कार्यक्षमता आणि व्यापक उपयोग असलेले उपकरण म्हणजे डबल हेटेरोस्ट्रक्चर असलेला इलेक्ट्रिकली इंजेक्टेड GaAs डायोड लेझर होय.
३. सेमीकंडक्टर लेझरचे मुख्य प्रकार
सेमीकंडक्टर लेझरचा सक्रिय प्रदेश हा फोटॉन निर्मिती आणि प्रवर्धनासाठीचा मुख्य भाग असतो आणि त्याची जाडी फक्त काही मायक्रोमीटर असते. फोटॉनच्या बाजूकडील प्रसाराला प्रतिबंधित करण्यासाठी आणि उर्जेची घनता वाढवण्यासाठी अंतर्गत वेव्हगाईड संरचनांचा वापर केला जातो (जसे की रिज वेव्हगाईड आणि बरीड हेटरोजंक्शन). लेझरमध्ये हीट सिंक डिझाइनचा अवलंब केला जातो आणि उष्णतेच्या जलद विसर्जनासाठी उच्च औष्णिक वाहकतेच्या सामग्रीची (जसे की तांबे-टंगस्टन मिश्रधातू) निवड केली जाते, ज्यामुळे अतिउष्णतेमुळे होणारे तरंगलांबीतील विचलन टाळता येते. त्यांच्या संरचना आणि वापराच्या परिस्थितीनुसार, सेमीकंडक्टर लेझर्सचे खालील चार श्रेणींमध्ये वर्गीकरण केले जाऊ शकते:
एज-एमिटिंग लेझर (EEL)
चिपच्या बाजूच्या क्लीव्हेज पृष्ठभागातून लेझर बाहेर पडतो, ज्यामुळे एक लंबवर्तुळाकार स्पॉट तयार होतो (ज्याचा डायव्हर्जन्स अँगल अंदाजे ३०°×१०° असतो). सामान्य तरंगलांबींमध्ये ८०८nm (पंपिंगसाठी), ९८०nm (कम्युनिकेशनसाठी) आणि १५५०nm (फायबर कम्युनिकेशनसाठी) यांचा समावेश होतो. याचा वापर उच्च-शक्तीच्या औद्योगिक कटिंग, फायबर लेझर पंपिंग स्रोत आणि ऑप्टिकल कम्युनिकेशन बॅकबोन नेटवर्क्समध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.
२. व्हर्टिकल कॅव्हिटी सरफेस एमिटिंग लेझर (VCSEL)
लेझर चिपच्या पृष्ठभागावर लंबवतपणे, एका वर्तुळाकार आणि सममित शलाकेद्वारे (अपसरण कोन <15°) उत्सर्जित होतो. यात एक वितरित ब्रॅग परावर्तक (DBR) समाविष्ट आहे, ज्यामुळे बाह्य परावर्तकाची गरज भासत नाही. याचा वापर ३डी सेन्सिंग (जसे की मोबाईल फोन चेहरा ओळख), अल्प-अंतरावरील ऑप्टिकल कम्युनिकेशन (डेटा सेंटर्स) आणि लिडार (LiDAR) मध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.
३. क्वांटम कॅस्केड लेझर (QCL)
क्वांटम वेल्समधील इलेक्ट्रॉन्सच्या कॅस्केड संक्रमणावर आधारित, तरंगलांबी पॉप्युलेशन इन्व्हर्जनच्या गरजेशिवाय मध्य-ते-दूर-अवरक्त श्रेणी (३-३० μm) व्यापते. इंटरसबबँड संक्रमणाद्वारे फोटॉन तयार होतात आणि सामान्यतः गॅस सेन्सिंग (जसे की CO₂ शोध), टेराहर्ट्झ इमेजिंग आणि पर्यावरण निरीक्षण यांसारख्या अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जातात.
ट्यूनेबल लेझरची बाह्य कॅव्हिटी रचना (ग्रेटिंग/प्रिझम/एमईएमएस मिरर) ±५० एनएमची तरंगलांबी ट्यूनिंग श्रेणी, अरुंद लाइनविड्थ (<१०० किलोहर्ट्झ) आणि उच्च साइड-मोड रिजेक्शन रेशो (>५० डीबी) साध्य करू शकते. याचा उपयोग सामान्यतः डेन्स वेव्हलेंथ डिव्हिजन मल्टिप्लेक्सिंग (DWDM) कम्युनिकेशन, स्पेक्ट्रल ॲनालिसिस आणि बायोमेडिकल इमेजिंग यांसारख्या अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो. सेमीकंडक्टर लेझर्सचा वापर कम्युनिकेशन लेझर उपकरणे, डिजिटल लेझर स्टोरेज उपकरणे, लेझर प्रोसेसिंग उपकरणे, लेझर मार्किंग आणि पॅकेजिंग उपकरणे, लेझर टाइपसेटिंग आणि प्रिंटिंग, लेझर वैद्यकीय उपकरणे, लेझर अंतर आणि कोलिमेशन डिटेक्शन उपकरणे, मनोरंजन आणि शिक्षणासाठीची लेझर उपकरणे, लेझरचे घटक आणि भाग इत्यादींमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो. ते लेझर उद्योगाच्या मुख्य घटकांपैकी आहेत. त्याच्या विस्तृत उपयोगांमुळे, लेझर्सचे असंख्य ब्रँड्स आणि उत्पादक आहेत. निवड करताना, ती विशिष्ट गरजा आणि अनुप्रयोग क्षेत्रांवर आधारित असावी. वेगवेगळ्या उत्पादकांचे विविध क्षेत्रांमध्ये वेगवेगळे अनुप्रयोग असतात आणि उत्पादक व लेझर्सची निवड प्रकल्पाच्या प्रत्यक्ष अनुप्रयोग क्षेत्रानुसार केली पाहिजे.
पोस्ट करण्याची वेळ: नोव्हेंबर-०५-२०२५