सेमीकंडक्टर लेझरचे कार्य तत्त्व

कार्यप्रणालीसेमीकंडक्टर लेझर

सर्वप्रथम, सेमीकंडक्टर लेझर्ससाठी आवश्यक असलेल्या पॅरामीटरची ओळख करून दिली आहे, ज्यामध्ये प्रामुख्याने खालील बाबींचा समावेश आहे:
१. फोटोइलेक्ट्रिक कार्यक्षमता: यामध्ये एक्सटिंक्शन रेशो, डायनॅमिक लाइनविड्थ आणि इतर पॅरामीटर्सचा समावेश होतो, हे पॅरामीटर्स कम्युनिकेशन सिस्टीममधील सेमीकंडक्टर लेझर्सच्या कार्यक्षमतेवर थेट परिणाम करतात.
२. संरचनात्मक मापदंड: जसे की प्रकाशमान आकार आणि मांडणी, एक्स्ट्रॅक्शन एंडची व्याख्या, इन्स्टॉलेशन आकार आणि बाह्यरेखा आकार.
३. तरंगलांबी: सेमीकंडक्टर लेसरची तरंगलांबी श्रेणी ६५०~१६५०nm आहे आणि अचूकता उच्च असते.
4. थ्रेशोल्ड करंट (Ith) आणि ऑपरेटिंग करंट (lop): हे पॅरामीटर्स सेमीकंडक्टर लेसरच्या स्टार्ट-अप अटी आणि कार्य स्थिती निर्धारित करतात.
५. पॉवर आणि व्होल्टेज: कार्यरत असलेल्या सेमीकंडक्टर लेसरची पॉवर, व्होल्टेज आणि करंट मोजून, त्याची कार्यवैशिष्ट्ये समजून घेण्यासाठी PV, PI आणि IV वक्र काढता येतात.

कार्यप्रणाली
१. गेनच्या अटी: लेझिंग माध्यमात (सक्रिय क्षेत्रात) चार्ज कॅरिअर्सचे इन्व्हर्जन वितरण स्थापित केले जाते. सेमीकंडक्टरमध्ये, इलेक्ट्रॉनची ऊर्जा जवळजवळ सलग ऊर्जा स्तरांच्या मालिकेद्वारे दर्शविली जाते. म्हणून, कणांच्या संख्येचे इन्व्हर्जन साध्य करण्यासाठी, दोन ऊर्जा बँड क्षेत्रांमधील कमी ऊर्जा स्थितीत व्हॅलेन्स बँडच्या शीर्षस्थानी असलेल्या होल्सच्या संख्येपेक्षा, उच्च ऊर्जा स्थितीत कंडक्शन बँडच्या तळाशी असलेल्या इलेक्ट्रॉनची संख्या खूप जास्त असणे आवश्यक आहे. हे होमोजंक्शन किंवा हेटरोजंक्शनला पॉझिटिव्ह बायस लावून आणि कमी ऊर्जेच्या व्हॅलेन्स बँडमधून उच्च ऊर्जेच्या कंडक्शन बँडमध्ये इलेक्ट्रॉन उत्तेजित करण्यासाठी सक्रिय थरात आवश्यक कॅरिअर्स इंजेक्ट करून साध्य केले जाते. जेव्हा उलट्या कण लोकसंख्या स्थितीत मोठ्या संख्येने इलेक्ट्रॉन होल्ससोबत पुनर्संयोग करतात, तेव्हा स्टिम्युलेटेड एमिशन होते.
२. सुसंगत उत्तेजित प्रारण प्रत्यक्षात मिळवण्यासाठी, लेझर दोलन तयार करण्याकरिता उत्तेजित प्रारणाला ऑप्टिकल रेझोनेटरमध्ये अनेक वेळा परत पाठवणे आवश्यक असते. लेझरचा रेझोनेटर हा सेमीकंडक्टर क्रिस्टलच्या नैसर्गिक विदलन पृष्ठभागाचा आरसा म्हणून वापर करून तयार केला जातो, ज्याच्या प्रकाशाच्या टोकावर सामान्यतः उच्च परावर्तनशील बहुस्तरीय डायलेक्ट्रिक फिल्मचा थर दिला जातो आणि गुळगुळीत पृष्ठभागावर कमी परावर्तनशील फिल्मचा थर दिला जातो. एफपी कॅव्हिटी (फॅब्री-पेरोट कॅव्हिटी) सेमीकंडक्टर लेझरसाठी, क्रिस्टलच्या पीएन जंक्शन प्रतलाला लंब असलेल्या नैसर्गिक विदलन प्रतलाचा वापर करून एफपी कॅव्हिटी सहजपणे तयार केली जाऊ शकते.
(3) स्थिर दोलन निर्माण करण्यासाठी, लेझर माध्यमामध्ये रेझोनेटरमुळे होणारे ऑप्टिकल नुकसान आणि कॅव्हिटीच्या पृष्ठभागावरून बाहेर पडणाऱ्या लेझरमुळे होणारे नुकसान भरून काढण्याइतका पुरेसा मोठा गेन (gain) देण्याची क्षमता असणे आवश्यक आहे, आणि कॅव्हिटीमधील प्रकाश क्षेत्रात सतत वाढ करणे आवश्यक आहे. यासाठी पुरेसे मजबूत करंट इंजेक्शन (current injection) असणे आवश्यक आहे, म्हणजेच, कणांच्या संख्येत पुरेसे व्युत्क्रमण (inversion) असणे आवश्यक आहे. कणांच्या संख्येत व्युत्क्रमणाची पातळी जितकी जास्त असेल, तितका गेन जास्त असेल, म्हणजेच, ही आवश्यकता एका विशिष्ट करंट थ्रेशोल्ड (current threshold) अटीची पूर्तता करणारी असली पाहिजे. जेव्हा लेझर थ्रेशोल्डपर्यंत पोहोचतो, तेव्हा एका विशिष्ट तरंगलांबीचा प्रकाश कॅव्हिटीमध्ये अनुनादित (resonate) होऊन प्रवर्धित (amplified) होऊ शकतो, आणि शेवटी एक लेझर तयार होऊन त्याचे सतत आउटपुट (continuous output) होते.

कामगिरीची आवश्यकता
१. मॉड्युलेशन बँडविड्थ आणि दर: सेमीकंडक्टर लेझर आणि त्यांचे मॉड्युलेशन तंत्रज्ञान वायरलेस ऑप्टिकल कम्युनिकेशनमध्ये महत्त्वपूर्ण आहेत, आणि मॉड्युलेशन बँडविड्थ व दर यांचा थेट परिणाम कम्युनिकेशनच्या गुणवत्तेवर होतो. अंतर्गत मॉड्युलेटेड लेझर (थेट मॉड्युलेटेड लेझरउच्च गतीचे प्रसारण आणि कमी खर्चामुळे ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशनमधील विविध क्षेत्रांसाठी उपयुक्त आहे.
२. वर्णपटीय वैशिष्ट्ये आणि मॉड्युलेशन वैशिष्ट्ये: सेमीकंडक्टर डिस्ट्रिब्युटेड फीडबॅक लेझर्सडीएफबी लेझरत्यांच्या उत्कृष्ट वर्णक्रमीय आणि मॉड्युलेशन वैशिष्ट्यांमुळे ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन आणि अवकाश ऑप्टिकल कम्युनिकेशनमध्ये एक महत्त्वाचा प्रकाश स्रोत बनले आहेत.
३. किंमत आणि मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादन: मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादन आणि अनुप्रयोगांच्या गरजा पूर्ण करण्यासाठी सेमीकंडक्टर लेझर्समध्ये कमी किंमत आणि मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनाचे फायदे असणे आवश्यक आहे.
४. वीज वापर आणि विश्वसनीयता: डेटा सेंटर्ससारख्या वापराच्या परिस्थितींमध्ये, दीर्घकाळ स्थिर कार्य सुनिश्चित करण्यासाठी सेमीकंडक्टर लेझर्सना कमी वीज वापर आणि उच्च विश्वसनीयतेची आवश्यकता असते.