कार्य सिद्धांत और मुख्य प्रकारसेमीकंडक्टर लेजर
सेमीकंडक्टरलेजर डायोडअपनी उच्च दक्षता, लघु आकार और तरंगदैर्ध्य विविधता के कारण, अर्धचालक लेज़रों का व्यापक रूप से संचार, चिकित्सा देखभाल और औद्योगिक प्रसंस्करण जैसे क्षेत्रों में ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी के मुख्य घटकों के रूप में उपयोग किया जाता है। यह लेख अर्धचालक लेज़रों के कार्य सिद्धांत और प्रकारों का विस्तृत परिचय देता है, जो अधिकांश ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक शोधकर्ताओं के लिए उपयोगी संदर्भ है।
1. अर्धचालक लेज़रों का प्रकाश-उत्सर्जन सिद्धांत
सेमीकंडक्टर लेज़रों का प्रकाशिकण सिद्धांत सेमीकंडक्टर पदार्थों की बैंड संरचना, इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण और उत्तेजित उत्सर्जन पर आधारित है। सेमीकंडक्टर पदार्थ एक प्रकार के बैंडगैप वाले पदार्थ होते हैं, जिनमें एक वैलेंस बैंड और एक कंडक्शन बैंड शामिल होता है। जब पदार्थ ग्राउंड स्टेट में होता है, तो वैलेंस बैंड में इलेक्ट्रॉन भरे होते हैं जबकि कंडक्शन बैंड में कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होता है। जब कोई निश्चित विद्युत क्षेत्र बाह्य रूप से लगाया जाता है या धारा प्रवाहित की जाती है, तो कुछ इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड से कंडक्शन बैंड में स्थानांतरित हो जाते हैं, जिससे इलेक्ट्रॉन-होल युग्म बनते हैं। ऊर्जा मुक्त होने की प्रक्रिया के दौरान, जब ये इलेक्ट्रॉन-होल युग्म बाहरी वातावरण द्वारा उत्तेजित होते हैं, तो फोटॉन, यानी लेज़र उत्पन्न होते हैं।
2. अर्धचालक लेज़रों की उत्तेजना विधियाँ
सेमीकंडक्टर लेजरों के लिए मुख्य रूप से तीन उत्तेजना विधियाँ हैं, अर्थात् विद्युत इंजेक्शन प्रकार, ऑप्टिकल पंप प्रकार और उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम उत्तेजना प्रकार।
विद्युत द्वारा प्रक्षेपित अर्धचालक लेज़र: सामान्यतः, ये गैलियम आर्सेनाइड (GaAs), कैडमियम सल्फाइड (CdS), इंडियम फॉस्फाइड (InP) और जिंक सल्फाइड (ZnS) जैसी सामग्रियों से बने अर्धचालक सतह-जंक्शन डायोड होते हैं। इन्हें अग्र बायस दिशा में धारा प्रवाहित करके उत्तेजित किया जाता है, जिससे जंक्शन तल क्षेत्र में उत्तेजित उत्सर्जन उत्पन्न होता है।
प्रकाशीय रूप से पंप किए गए अर्धचालक लेजर: सामान्यतः, N-प्रकार या P-प्रकार के अर्धचालक एकल क्रिस्टल (जैसे GaAS, InAs, InSb, आदि) को कार्यशील पदार्थ के रूप में उपयोग किया जाता है, औरलेज़रअन्य लेज़रों द्वारा उत्सर्जित प्रकाश का उपयोग प्रकाशीय रूप से प्रेरित उत्तेजना के रूप में किया जाता है।
उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन किरण-उत्तेजित अर्धचालक लेज़र: सामान्यतः, इनमें भी N-प्रकार या P-प्रकार के अर्धचालक एकल क्रिस्टल (जैसे PbS, CdS, ZhO, आदि) को कार्यशील पदार्थ के रूप में उपयोग किया जाता है और इन्हें बाहर से उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन किरण द्वारा उत्तेजित किया जाता है। अर्धचालक लेज़र उपकरणों में, बेहतर प्रदर्शन और व्यापक अनुप्रयोग वाला उपकरण विद्युत-इंजेक्टेड GaAs डायोड लेज़र है जिसमें दोहरी हेटरोस्ट्रक्चर होती है।
3. अर्धचालक लेजरों के मुख्य प्रकार
सेमीकंडक्टर लेज़र का सक्रिय क्षेत्र फोटॉन उत्पादन और प्रवर्धन का मुख्य क्षेत्र होता है, जिसकी मोटाई केवल कुछ माइक्रोमीटर होती है। फोटॉनों के पार्श्व प्रसार को सीमित करने और ऊर्जा घनत्व को बढ़ाने के लिए आंतरिक वेवगाइड संरचनाओं का उपयोग किया जाता है (जैसे रिज वेवगाइड और बरीड हेटरोजंक्शन)। लेज़र में हीट सिंक डिज़ाइन का उपयोग किया जाता है और तीव्र ऊष्मा अपव्यय के लिए उच्च तापीय चालकता वाली सामग्री (जैसे कॉपर-टंगस्टन मिश्र धातु) का चयन किया जाता है, जो अत्यधिक गर्मी के कारण होने वाले तरंगदैर्ध्य विचलन को रोक सकती है। अपनी संरचना और अनुप्रयोग परिदृश्यों के अनुसार, सेमीकंडक्टर लेज़रों को निम्नलिखित चार श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है:
एज-एमिटिंग लेजर (ईईएल)
चिप के किनारे पर स्थित विखंडित सतह से लेजर उत्सर्जित होता है, जिससे एक अंडाकार धब्बा बनता है (जिसका विचलन कोण लगभग 30°×10° होता है)। विशिष्ट तरंगदैर्ध्य में 808 एनएम (पंपिंग के लिए), 980 एनएम (संचार के लिए) और 1550 एनएम (फाइबर संचार के लिए) शामिल हैं। इसका व्यापक रूप से उच्च-शक्ति औद्योगिक कटिंग, फाइबर लेजर पंपिंग स्रोतों और ऑप्टिकल संचार बैकबोन नेटवर्क में उपयोग किया जाता है।
2. वर्टिकल कैविटी सरफेस एमिटिंग लेजर (VCSEL)
लेज़र चिप की सतह पर लंबवत रूप से उत्सर्जित होता है, जिसमें एक वृत्ताकार और सममित किरण (विचलन कोण <15°) होती है। इसमें एक डिस्ट्रीब्यूटेड ब्रैग रिफ्लेक्टर (डीबीआर) एकीकृत है, जिससे बाहरी रिफ्लेक्टर की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। इसका व्यापक रूप से 3डी सेंसिंग (जैसे मोबाइल फोन फेस रिकग्निशन), शॉर्ट-रेंज ऑप्टिकल कम्युनिकेशन (डेटा सेंटर) और लिडार में उपयोग किया जाता है।
3. क्वांटम कैस्केड लेजर (क्यूसीएल)
क्वांटम वेल्स के बीच इलेक्ट्रॉनों के कैस्केड संक्रमण पर आधारित, तरंगदैर्ध्य मध्य से सुदूर अवरक्त रेंज (3-30 μm) को कवर करता है, जिसमें जनसंख्या व्युत्क्रमण की आवश्यकता नहीं होती है। फोटॉन अंतर-उपबैंड संक्रमणों के माध्यम से उत्पन्न होते हैं और आमतौर पर गैस संवेदन (जैसे CO₂ का पता लगाना), टेराहर्ट्ज़ इमेजिंग और पर्यावरण निगरानी जैसे अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं।
ट्यूनेबल लेज़र का बाह्य गुहा डिज़ाइन (ग्रेटिंग/प्रिज्म/एमईएमएस दर्पण) ±50 एनएम की तरंगदैर्ध्य ट्यूनिंग रेंज, संकीर्ण लाइनविड्थ (<100 केएचएच) और उच्च साइड-मोड रिजेक्शन अनुपात (>50 dB) प्राप्त कर सकता है। इसका उपयोग आमतौर पर सघन तरंगदैर्ध्य विभाजन मल्टीप्लेक्सिंग (डीडब्ल्यूडीएम) संचार, स्पेक्ट्रल विश्लेषण और बायोमेडिकल इमेजिंग जैसे अनुप्रयोगों में किया जाता है। सेमीकंडक्टर लेज़र का व्यापक रूप से संचार लेज़र उपकरणों, डिजिटल लेज़र स्टोरेज उपकरणों, लेज़र प्रसंस्करण उपकरणों, लेज़र मार्किंग और पैकेजिंग उपकरणों, लेज़र टाइपसेटिंग और प्रिंटिंग, लेज़र चिकित्सा उपकरणों, लेज़र दूरी और संरेखण पहचान उपकरणों, मनोरंजन और शिक्षा के लिए लेज़र उपकरणों और उपकरणों, लेज़र घटकों और पुर्जों आदि में उपयोग किया जाता है। ये लेज़र उद्योग के मुख्य घटकों में से हैं। अनुप्रयोगों की व्यापक श्रृंखला के कारण, लेज़रों के कई ब्रांड और निर्माता मौजूद हैं। चयन करते समय, यह विशिष्ट आवश्यकताओं और अनुप्रयोग क्षेत्रों पर आधारित होना चाहिए। विभिन्न निर्माताओं के विभिन्न क्षेत्रों में अलग-अलग अनुप्रयोग होते हैं, और निर्माताओं और लेज़रों का चयन परियोजना के वास्तविक अनुप्रयोग क्षेत्र के अनुसार किया जाना चाहिए।
पोस्ट करने का समय: 05 नवंबर 2025