कार्य सिद्धांत और मुख्य प्रकारअर्धचालक लेजर
सेमीकंडक्टरलेजर डायोडअपनी उच्च दक्षता, लघुकरण और तरंगदैर्ध्य विविधता के कारण, अर्धचालक लेज़रों का संचार, चिकित्सा देखभाल और औद्योगिक प्रसंस्करण जैसे क्षेत्रों में ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी के मुख्य घटकों के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। यह लेख आगे अर्धचालक लेज़रों के कार्य सिद्धांत और प्रकारों का परिचय देता है, जो अधिकांश ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक शोधकर्ताओं के लिए चयन संदर्भ के लिए सुविधाजनक है।
1. अर्धचालक लेज़रों का प्रकाश-उत्सर्जन सिद्धांत
अर्धचालक लेज़रों का प्रकाश-दीप्ति सिद्धांत अर्धचालक पदार्थों की बैंड संरचना, इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण और प्रेरित उत्सर्जन पर आधारित है। अर्धचालक पदार्थ एक प्रकार के बैंडगैप वाले पदार्थ होते हैं, जिसमें एक संयोजकता बैंड और एक चालन बैंड शामिल होता है। जब पदार्थ मूल अवस्था में होता है, तो इलेक्ट्रॉन संयोजकता बैंड को भर देते हैं जबकि चालन बैंड में कोई इलेक्ट्रॉन नहीं होता है। जब एक निश्चित विद्युत क्षेत्र बाहरी रूप से लगाया जाता है या धारा प्रवाहित की जाती है, तो कुछ इलेक्ट्रॉन संयोजकता बैंड से चालन बैंड में स्थानांतरित होकर इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म बनाते हैं। ऊर्जा विमोचन की प्रक्रिया के दौरान, जब ये इलेक्ट्रॉन-छिद्र युग्म बाहरी दुनिया द्वारा उत्तेजित होते हैं, तो फोटॉन, यानी लेज़र, उत्पन्न होते हैं।
2. अर्धचालक लेज़रों की उत्तेजना विधियाँ
अर्धचालक लेज़रों के लिए मुख्य रूप से तीन उत्तेजना विधियाँ हैं, अर्थात् विद्युत इंजेक्शन प्रकार, ऑप्टिकल पंप प्रकार और उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम उत्तेजना प्रकार।
विद्युत अंतःक्षेपित अर्धचालक लेज़र: सामान्यतः, ये अर्धचालक सतह-संधि डायोड होते हैं जो गैलियम आर्सेनाइड (GaAs), कैडमियम सल्फाइड (CdS), इंडियम फॉस्फाइड (InP), और जिंक सल्फाइड (ZnS) जैसे पदार्थों से बने होते हैं। इन्हें अग्र अभिनति के साथ धारा अंतःक्षेपित करके उत्तेजित किया जाता है, जिससे संधि तल क्षेत्र में उद्दीप्त उत्सर्जन उत्पन्न होता है।
ऑप्टिकली पंप्ड सेमीकंडक्टर लेजर: आम तौर पर, एन-टाइप या पी-टाइप सेमीकंडक्टर सिंगल क्रिस्टल (जैसे GaAS,InAs,InSb, आदि) को कार्यशील पदार्थ के रूप में उपयोग किया जाता है, औरलेज़रअन्य लेज़रों द्वारा उत्सर्जित प्रकाश को ऑप्टिकली पंप उत्तेजना के रूप में उपयोग किया जाता है।
उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन किरण-उत्तेजित अर्धचालक लेज़र: आमतौर पर, इनमें भी N-प्रकार या P-प्रकार के अर्धचालक एकल क्रिस्टल (जैसे PbS, CdS, ZhO, आदि) का उपयोग कार्यशील पदार्थ के रूप में किया जाता है और इन्हें बाहर से उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन किरण इंजेक्ट करके उत्तेजित किया जाता है। अर्धचालक लेज़र उपकरणों में, बेहतर प्रदर्शन और व्यापक अनुप्रयोग वाला उपकरण, द्वि-विषम संरचना वाला विद्युत-इंजेक्टेड GaAs डायोड लेज़र है।
3. अर्धचालक लेज़रों के मुख्य प्रकार
अर्धचालक लेज़र का सक्रिय क्षेत्र, फोटॉन उत्पादन और प्रवर्धन का मुख्य क्षेत्र होता है, और इसकी मोटाई केवल कुछ माइक्रोमीटर होती है। आंतरिक वेवगाइड संरचनाओं का उपयोग फोटॉनों के पार्श्व विसरण को सीमित करने और ऊर्जा घनत्व (जैसे रिज वेवगाइड और दबे हुए हेटेरोजंक्शन) को बढ़ाने के लिए किया जाता है। लेज़र एक हीट सिंक डिज़ाइन को अपनाता है और तेज़ ऊष्मा क्षय के लिए उच्च तापीय चालकता वाली सामग्रियों (जैसे कॉपर-टंगस्टन मिश्र धातु) का चयन करता है, जो अति ताप के कारण होने वाले तरंगदैर्ध्य विचलन को रोक सकता है। उनकी संरचना और अनुप्रयोग परिदृश्यों के अनुसार, अर्धचालक लेज़रों को निम्नलिखित चार श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है:
एज-एमिटिंग लेजर (ईईएल)
लेज़र चिप के किनारे स्थित दरार सतह से निकलता है, जिससे एक अण्डाकार बिंदु बनता है (लगभग 30°×10° के विचलन कोण के साथ)। विशिष्ट तरंगदैर्ध्य में 808nm (पंपिंग के लिए), 980 nm (संचार के लिए), और 1550 nm (फाइबर संचार के लिए) शामिल हैं। इसका व्यापक रूप से उच्च-शक्ति औद्योगिक कटिंग, फाइबर लेज़र पंपिंग स्रोतों और ऑप्टिकल संचार बैकबोन नेटवर्क में उपयोग किया जाता है।
2. वर्टिकल कैविटी सरफेस एमिटिंग लेजर (वीसीएसईएल)
लेज़र चिप की सतह पर लंबवत, एक वृत्ताकार और सममित किरण (विचलन कोण <15°) के साथ उत्सर्जित होता है। यह एक वितरित ब्रैग परावर्तक (DBR) को एकीकृत करता है, जिससे बाहरी परावर्तक की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। इसका व्यापक रूप से 3D सेंसिंग (जैसे मोबाइल फ़ोन चेहरा पहचान), लघु-दूरी ऑप्टिकल संचार (डेटा केंद्र), और LiDAR में उपयोग किया जाता है।
3. क्वांटम कैस्केड लेजर (QCL)
क्वांटम वेल्स के बीच इलेक्ट्रॉनों के कैस्केड संक्रमण के आधार पर, तरंगदैर्घ्य मध्य से सुदूर अवरक्त श्रेणी (3-30 μm) को कवर करता है, बिना जनसंख्या व्युत्क्रमण की आवश्यकता के। फोटॉन अंतर-उपबैंड संक्रमणों के माध्यम से उत्पन्न होते हैं और आमतौर पर गैस संवेदन (जैसे CO₂ संसूचन), टेराहर्ट्ज़ इमेजिंग और पर्यावरण निगरानी जैसे अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं।
ट्यूनेबल लेज़र का बाह्य गुहा डिज़ाइन (ग्रेटिंग/प्रिज़्म/एमईएमएस दर्पण) ±50 एनएम की तरंगदैर्ध्य ट्यूनिंग रेंज, संकीर्ण लाइनविड्थ (<100 kHz) और उच्च साइड-मोड अस्वीकृति अनुपात (>50 dB) प्राप्त कर सकता है। इसका उपयोग आमतौर पर सघन तरंगदैर्ध्य विभाजन बहुसंकेतन (DWDM) संचार, वर्णक्रमीय विश्लेषण और जैव चिकित्सा इमेजिंग जैसे अनुप्रयोगों में किया जाता है। सेमीकंडक्टर लेज़र का व्यापक रूप से संचार लेज़र उपकरणों, डिजिटल लेज़र भंडारण उपकरणों, लेज़र प्रसंस्करण उपकरणों, लेज़र अंकन और पैकेजिंग उपकरणों, लेज़र टाइपसेटिंग और प्रिंटिंग, लेज़र चिकित्सा उपकरणों, लेज़र दूरी और कोलिमेशन संसूचन 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। इसके अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला के कारण, लेज़रों के कई ब्रांड और निर्माता हैं। चुनाव 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: 5 नवंबर 2025