उच्च शक्ति वाले सेमीकंडक्टर लेजर के विकास का अवलोकन, भाग एक

उच्च शक्ति का अवलोकनसेमीकंडक्टर लेजरविकास भाग एक

जैसे-जैसे दक्षता और शक्ति में सुधार होता जा रहा है, लेजर डायोड (लेजर डायोड ड्राइवरउच्च-शक्ति वाले सेमीकंडक्टर लेज़रों में हो रहे महत्वपूर्ण सुधारों की समझ भी सीमित है। इलेक्ट्रॉनों को सेमीकंडक्टर के माध्यम से लेज़रों में परिवर्तित करने का प्रदर्शन सर्वप्रथम 1962 में हुआ था, और इसके बाद कई पूरक प्रगति हुई हैं जिन्होंने इलेक्ट्रॉनों को उच्च-उत्पादकता वाले लेज़रों में परिवर्तित करने में अभूतपूर्व विकास को गति दी है। इन प्रगति ने ऑप्टिकल स्टोरेज से लेकर ऑप्टिकल नेटवर्किंग और औद्योगिक क्षेत्रों की एक विस्तृत श्रृंखला तक महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों को समर्थन दिया है।

इन प्रगतियों और उनके संचयी विकास की समीक्षा से अर्थव्यवस्था के कई क्षेत्रों में और भी अधिक व्यापक प्रभाव की संभावना उजागर होती है। वास्तव में, उच्च-शक्ति वाले सेमीकंडक्टर लेज़रों में निरंतर सुधार के साथ, इसके अनुप्रयोग क्षेत्र का विस्तार तेजी से होगा और आर्थिक विकास पर इसका गहरा प्रभाव पड़ेगा।

चित्र 1: उच्च शक्ति वाले अर्धचालक लेज़रों की चमक और मूर के नियम की तुलना

डायोड-पंप वाले सॉलिड-स्टेट लेजर औरफाइबर लेजर

उच्च-शक्ति वाले सेमीकंडक्टर लेजरों में हुई प्रगति ने डाउनस्ट्रीम लेजर प्रौद्योगिकी के विकास को भी जन्म दिया है, जहां सेमीकंडक्टर लेजरों का उपयोग आमतौर पर डोप्ड क्रिस्टल (डायोड-पंप वाले सॉलिड-स्टेट लेजर) या डोप्ड फाइबर (फाइबर लेजर) को उत्तेजित (पंप) करने के लिए किया जाता है।

हालांकि सेमीकंडक्टर लेजर कुशल, छोटे और कम लागत वाली लेजर ऊर्जा प्रदान करते हैं, लेकिन इनकी दो प्रमुख सीमाएँ हैं: ये ऊर्जा संग्रहित नहीं कर सकते और इनकी चमक सीमित होती है। मूल रूप से, कई अनुप्रयोगों में दो उपयोगी लेजरों की आवश्यकता होती है; एक का उपयोग विद्युत को लेजर उत्सर्जन में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है, और दूसरे का उपयोग उस उत्सर्जन की चमक बढ़ाने के लिए किया जाता है।

डायोड-पंप वाले सॉलिड-स्टेट लेजर।
1980 के दशक के उत्तरार्ध में, ठोस-अवस्था लेज़रों को पंप करने के लिए अर्धचालक लेज़रों के उपयोग ने व्यावसायिक रूप से काफी रुचि प्राप्त करना शुरू कर दिया। डायोड-पंप वाले ठोस-अवस्था लेज़र (डीपीएसएसएल) थर्मल प्रबंधन प्रणालियों (मुख्य रूप से साइकिल कूलर) और गेन मॉड्यूल के आकार और जटिलता को काफी कम कर देते हैं, जो पारंपरिक रूप से ठोस-अवस्था लेज़र क्रिस्टल को पंप करने के लिए आर्क लैंप का उपयोग करते रहे हैं।

सेमीकंडक्टर लेजर की तरंगदैर्घ्य का चयन सॉलिड-स्टेट लेजर के गेन मीडियम के साथ स्पेक्ट्रल अवशोषण विशेषताओं के ओवरलैप के आधार पर किया जाता है, जिससे आर्क लैंप के वाइडबैंड उत्सर्जन स्पेक्ट्रम की तुलना में थर्मल लोड में काफी कमी आती है। 1064 एनएम तरंगदैर्घ्य उत्सर्जित करने वाले नियोडिमियम-डॉप्ड लेजरों की लोकप्रियता को देखते हुए, 808 एनएम सेमीकंडक्टर लेजर पिछले 20 वर्षों से सेमीकंडक्टर लेजर उत्पादन में सबसे अधिक उत्पादक उत्पाद बन गया है।

दूसरी पीढ़ी के डायोड की पंपिंग दक्षता में सुधार 2000 के दशक के मध्य में मल्टी-मोड सेमीकंडक्टर लेज़रों की बढ़ी हुई चमक और बल्क ब्रैग ग्रेटिंग (VBGS) का उपयोग करके संकीर्ण उत्सर्जन लाइनविड्थ को स्थिर करने की क्षमता के कारण संभव हुआ। लगभग 880nm की कमजोर और संकीर्ण स्पेक्ट्रल अवशोषण विशेषताओं ने स्पेक्ट्रली स्थिर उच्च चमक वाले पंप डायोड में काफी रुचि जगाई है। ये उच्च प्रदर्शन वाले लेज़र 4F3/2 के ऊपरी लेज़र स्तर पर नियोडिमियम को सीधे पंप करना संभव बनाते हैं, जिससे क्वांटम घाटे को कम किया जा सकता है और इस प्रकार उच्च औसत शक्ति पर मौलिक मोड निष्कर्षण में सुधार किया जा सकता है, जो अन्यथा थर्मल लेंस द्वारा सीमित होता।

इस शताब्दी के दूसरे दशक के आरंभ में, हमने एकल अनुप्रस्थ मोड 1064 एनएम लेज़रों के साथ-साथ दृश्य और पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य में संचालित होने वाले उनके आवृत्ति रूपांतरण लेज़रों की शक्ति में उल्लेखनीय वृद्धि देखी। Nd: YAG और Nd: YVO4 के लंबे उच्च ऊर्जा जीवनकाल को देखते हुए, ये DPSSL Q-स्विच्ड ऑपरेशन उच्च पल्स ऊर्जा और चरम शक्ति प्रदान करते हैं, जो उन्हें अपघर्षक सामग्री प्रसंस्करण और उच्च परिशुद्धता माइक्रोमशीनिंग अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाते हैं।