दोहरे रंग के अर्धचालक लेजरों पर नवीनतम शोध

दोहरे रंग के अर्धचालक लेजरों पर नवीनतम शोध

सेमीकंडक्टर डिस्क लेज़र (एसडीएल लेज़र), जिन्हें वर्टिकल एक्सटर्नल कैविटी सरफेस-एमिटिंग लेज़र (वीईसीएसईएल) के नाम से भी जाना जाता है, ने हाल के वर्षों में काफी ध्यान आकर्षित किया है। यह सेमीकंडक्टर गेन और सॉलिड-स्टेट रेज़ोनेटर के लाभों को जोड़ता है। यह न केवल पारंपरिक सेमीकंडक्टर लेज़रों के लिए सिंगल-मोड सपोर्ट की उत्सर्जन क्षेत्र सीमा को प्रभावी ढंग से कम करता है, बल्कि इसमें एक लचीला सेमीकंडक्टर बैंडगैप डिज़ाइन और उच्च सामग्री गेन विशेषताएँ भी हैं। इसे कम शोर जैसे अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में देखा जा सकता है।संकीर्ण-लाइनविड्थ लेजरअल्ट्रा-शॉर्ट हाई-रिपिटेशन पल्स जनरेशन, हाई-ऑर्डर हार्मोनिक जनरेशन और सोडियम गाइड स्टार तकनीक आदि जैसे तकनीकी विकास के साथ, इसकी तरंगदैर्ध्य लचीलेपन के लिए उच्च आवश्यकताएं सामने आई हैं। उदाहरण के लिए, दोहरी तरंगदैर्ध्य सुसंगत प्रकाश स्रोतों ने एंटी-इंटरफेरेंस लिडार, होलोग्राफिक इंटरफेरोमेट्री, तरंगदैर्ध्य विभाजन मल्टीप्लेक्सिंग संचार, मध्य-अवरक्त या टेराहर्ट्ज़ जनरेशन और मल्टी-कलर ऑप्टिकल फ्रीक्वेंसी कॉम्ब जैसे उभरते क्षेत्रों में अत्यधिक उच्च अनुप्रयोग मूल्य प्रदर्शित किया है। सेमीकंडक्टर डिस्क लेजर में उच्च-चमकदार दोहरे रंग के उत्सर्जन को कैसे प्राप्त किया जाए और कई तरंगदैर्ध्यों के बीच लाभ प्रतिस्पर्धा को प्रभावी ढंग से कैसे दबाया जाए, यह इस क्षेत्र में हमेशा से एक शोध चुनौती रही है।

हाल ही में, एक दोहरे रंग कासेमीकंडक्टर लेजरचीन की एक टीम ने इस चुनौती का समाधान करने के लिए एक अभिनव चिप डिज़ाइन का प्रस्ताव दिया है। गहन संख्यात्मक शोध के माध्यम से, उन्होंने पाया कि तापमान से संबंधित क्वांटम वेल गेन फ़िल्टरिंग और सेमीकंडक्टर माइक्रोकेविटी फ़िल्टरिंग प्रभावों को सटीक रूप से नियंत्रित करके ड्यूल-कलर गेन का लचीला नियंत्रण प्राप्त किया जा सकता है। इसी आधार पर, टीम ने सफलतापूर्वक 960/1000 एनएम उच्च-चमक गेन चिप डिज़ाइन की। यह लेज़र विवर्तन सीमा के निकट मूलभूत मोड में संचालित होता है, जिसकी आउटपुट चमक लगभग 310 मेगावाट/सेमी²sr तक होती है।

सेमीकंडक्टर डिस्क की गेन परत केवल कुछ माइक्रोमीटर मोटी होती है, और सेमीकंडक्टर-वायु इंटरफ़ेस और नीचे स्थित डिस्ट्रीब्यूटेड ब्रैग रिफ्लेक्टर के बीच एक फैब्री-पेरोट माइक्रोकेविटी बनती है। सेमीकंडक्टर माइक्रोकेविटी को चिप के अंतर्निर्मित स्पेक्ट्रल फ़िल्टर के रूप में मानने से क्वांटम वेल के गेन में मॉड्यूलेशन होता है। साथ ही, माइक्रोकेविटी फ़िल्टरिंग प्रभाव और सेमीकंडक्टर गेन की तापमान विचलन दर अलग-अलग होती है। तापमान नियंत्रण के साथ, आउटपुट तरंग दैर्ध्य का स्विचिंग और विनियमन किया जा सकता है। इन विशेषताओं के आधार पर, टीम ने 300 K तापमान पर क्वांटम वेल के गेन पीक को 950 nm पर परिकलित और निर्धारित किया, जिसमें गेन तरंग दैर्ध्य की तापमान विचलन दर लगभग 0.37 nm/K थी। इसके बाद, टीम ने ट्रांसमिशन मैट्रिक्स विधि का उपयोग करके चिप के अनुदैर्ध्य अवरोध कारक को डिज़ाइन किया, जिसमें पीक तरंग दैर्ध्य क्रमशः लगभग 960 nm और 1000 nm थी। सिमुलेशन से पता चला कि तापमान विचलन दर केवल 0.08 nm/K थी। एपिटैक्सियल वृद्धि के लिए मेटल-ऑर्गेनिक केमिकल वेपर डिपोजिशन तकनीक का उपयोग करके और वृद्धि प्रक्रिया को लगातार अनुकूलित करके, उच्च गुणवत्ता वाले गेन चिप्स का सफलतापूर्वक निर्माण किया गया। फोटोल्यूमिनेसेंस के मापन परिणाम सिमुलेशन परिणामों के साथ पूरी तरह से मेल खाते हैं। थर्मल लोड को कम करने और उच्च शक्ति संचरण प्राप्त करने के लिए, सेमीकंडक्टर-डायमंड चिप पैकेजिंग प्रक्रिया को और विकसित किया गया है।

चिप पैकेजिंग पूरी करने के बाद, टीम ने इसके लेजर प्रदर्शन का व्यापक मूल्यांकन किया। निरंतर संचालन मोड में, पंप पावर या हीट सिंक तापमान को नियंत्रित करके, उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य को 960 एनएम और 1000 एनएम के बीच लचीले ढंग से समायोजित किया जा सकता है। जब पंप पावर एक विशिष्ट सीमा के भीतर होती है, तो लेजर 39.4 एनएम तक के तरंगदैर्ध्य अंतराल के साथ दोहरी तरंगदैर्ध्य संचालन भी प्राप्त कर सकता है। इस समय, अधिकतम निरंतर तरंग शक्ति 3.8 वॉट तक पहुँच जाती है। साथ ही, लेजर विवर्तन सीमा के निकट मौलिक मोड में संचालित होता है, जिसमें बीम गुणवत्ता कारक M² केवल 1.1 होता है और चमक लगभग 310 मेगावाट/सेमी²sr तक होती है। टीम ने अर्ध-निरंतर तरंग प्रदर्शन पर भी शोध किया।लेज़रLiB₃O₅ नॉनलाइनियर ऑप्टिकल क्रिस्टल को अनुनाद गुहा में डालने पर योग आवृत्ति सिग्नल को सफलतापूर्वक देखा गया, जिससे दोहरी तरंग दैर्ध्य के सिंक्रनाइज़ेशन की पुष्टि हुई।

इस उत्कृष्ट चिप डिज़ाइन के माध्यम से, क्वांटम वेल गेन फ़िल्टरिंग और माइक्रोकेविटी फ़िल्टरिंग का ऑर्गेनिक संयोजन हासिल किया गया है, जिससे दोहरे रंग के लेज़र स्रोतों के निर्माण के लिए एक आधार तैयार हुआ है। प्रदर्शन के लिहाज़ से, यह सिंगल-चिप ड्यूल-कलर लेज़र उच्च चमक, उच्च लचीलापन और सटीक समाक्षीय बीम आउटपुट प्रदान करता है। इसकी चमक वर्तमान में सिंगल-चिप ड्यूल-कलर सेमीकंडक्टर लेज़रों के क्षेत्र में अंतरराष्ट्रीय स्तर पर अग्रणी है। व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिहाज़ से, इसकी उच्च चमक और दोहरे रंग की विशेषताओं का लाभ उठाकर, जटिल वातावरण में मल्टी-कलर लिडार की पहचान सटीकता और हस्तक्षेप-रोधी क्षमता को प्रभावी ढंग से बढ़ाने की उम्मीद है। ऑप्टिकल फ़्रीक्वेंसी कॉम्ब्स के क्षेत्र में, इसका स्थिर दोहरी तरंगदैर्ध्य आउटपुट सटीक स्पेक्ट्रल मापन और उच्च-रिज़ॉल्यूशन ऑप्टिकल सेंसिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण सहायता प्रदान कर सकता है।