अर्धचालक लेजर का कार्य सिद्धांत

का कार्य सिद्धांतअर्धचालक लेजर

सबसे पहले, अर्धचालक लेज़रों के लिए पैरामीटर आवश्यकताओं को प्रस्तुत किया गया है, जिसमें मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलू शामिल हैं:
1. फोटोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन: विलुप्ति अनुपात, गतिशील लाइनविड्थ और अन्य मापदंडों सहित, ये पैरामीटर संचार प्रणालियों में अर्धचालक लेजर के प्रदर्शन को सीधे प्रभावित करते हैं।
2. संरचनात्मक पैरामीटर: जैसे चमकदार आकार और व्यवस्था, निष्कर्षण अंत परिभाषा, स्थापना आकार और रूपरेखा आकार।
3. तरंगदैर्ध्य: अर्धचालक लेजर की तरंगदैर्ध्य सीमा 650 ~ 1650nm है, और सटीकता उच्च है।
4. थ्रेशोल्ड करंट (Ith) और ऑपरेटिंग करंट (lop) : ये पैरामीटर सेमीकंडक्टर लेजर की स्टार्ट-अप स्थितियों और कार्यशील अवस्था को निर्धारित करते हैं।
5. शक्ति और वोल्टेज: कार्य करते समय अर्धचालक लेजर की शक्ति, वोल्टेज और धारा को मापकर, उनकी कार्य विशेषताओं को समझने के लिए PV, PI और IV वक्र खींचे जा सकते हैं।

काम के सिद्धांत
1. लाभ की स्थितियाँ: लेज़िंग माध्यम (सक्रिय क्षेत्र) में आवेश वाहकों का व्युत्क्रम वितरण स्थापित होता है। अर्धचालक में, इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा लगभग निरंतर ऊर्जा स्तरों की एक श्रृंखला द्वारा दर्शायी जाती है। इसलिए, कण संख्या के व्युत्क्रम को प्राप्त करने के लिए, उच्च ऊर्जा अवस्था में चालन बैंड के निचले भाग में इलेक्ट्रॉनों की संख्या, दो ऊर्जा बैंड क्षेत्रों के बीच, निम्न ऊर्जा अवस्था में संयोजकता बैंड के शीर्ष पर छिद्रों की संख्या से बहुत अधिक होनी चाहिए। यह होमोजंक्शन या हेटेरोजंक्शन पर एक धनात्मक पूर्वाग्रह लागू करके और आवश्यक वाहकों को सक्रिय परत में इंजेक्ट करके निम्न ऊर्जा संयोजकता बैंड से उच्च ऊर्जा चालन बैंड में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करके प्राप्त किया जाता है। जब व्युत्क्रमित कण जनसंख्या अवस्था में बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉन छिद्रों के साथ पुनर्संयोजित होते हैं, तो उत्तेजित उत्सर्जन होता है।
2. वास्तव में सुसंगत उद्दीपित विकिरण प्राप्त करने के लिए, उद्दीपित विकिरण को प्रकाशिक अनुनादक में कई बार वापस प्रवाहित किया जाना चाहिए जिससे लेज़र दोलन उत्पन्न हो। लेज़र का अनुनादक अर्धचालक क्रिस्टल की प्राकृतिक विदलन सतह द्वारा दर्पण के रूप में निर्मित होता है, जो आमतौर पर प्रकाश के सिरे पर एक उच्च परावर्तन बहुपरत परावैद्युत फिल्म से मढ़ा जाता है, और चिकनी सतह पर एक न्यून परावर्तन फिल्म चढ़ाई जाती है। एफपी गुहा (फैब्री-पेरोट गुहा) अर्धचालक लेज़र के लिए, क्रिस्टल के pn जंक्शन तल के लंबवत प्राकृतिक विदलन तल का उपयोग करके एफपी गुहा का निर्माण आसानी से किया जा सकता है।
(3) एक स्थिर दोलन बनाने के लिए, लेज़र माध्यम को गुंजयमान यंत्र से होने वाली प्रकाशिक हानि और गुहा की सतह से लेज़र आउटपुट के कारण होने वाली हानि की भरपाई के लिए पर्याप्त रूप से बड़ा लाभ प्रदान करने में सक्षम होना चाहिए, और गुहा में प्रकाश क्षेत्र को लगातार बढ़ाना चाहिए। इसके लिए पर्याप्त रूप से प्रबल धारा इंजेक्शन होना चाहिए, अर्थात, पर्याप्त कण संख्या व्युत्क्रमण होना चाहिए। कण संख्या व्युत्क्रमण की डिग्री जितनी अधिक होगी, लाभ उतना ही अधिक होगा, अर्थात, आवश्यकता एक निश्चित धारा सीमा की स्थिति को पूरा करनी होगी। जब लेज़र सीमा तक पहुँच जाता है, तो एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य वाला प्रकाश गुहा में प्रतिध्वनित और प्रवर्धित हो सकता है, और अंततः एक लेज़र और निरंतर आउटपुट बना सकता है।

प्रदर्शन आवश्यकता
1. मॉडुलन बैंडविड्थ और दर: अर्धचालक लेज़र और उनकी मॉडुलन तकनीक वायरलेस ऑप्टिकल संचार में महत्वपूर्ण हैं, और मॉडुलन बैंडविड्थ और दर संचार की गुणवत्ता को सीधे प्रभावित करते हैं। आंतरिक रूप से मॉडुलित लेज़र (प्रत्यक्ष रूप से संशोधित लेजर) अपनी उच्च गति संचरण और कम लागत के कारण ऑप्टिकल फाइबर संचार के विभिन्न क्षेत्रों के लिए उपयुक्त है।
2. वर्णक्रमीय विशेषताएँ और मॉड्यूलेशन विशेषताएँ: अर्धचालक वितरित फीडबैक लेज़र(डीएफबी लेजर) अपनी उत्कृष्ट वर्णक्रमीय विशेषताओं और मॉड्यूलेशन विशेषताओं के कारण ऑप्टिकल फाइबर संचार और अंतरिक्ष ऑप्टिकल संचार में एक महत्वपूर्ण प्रकाश स्रोत बन गए हैं।
3. लागत और बड़े पैमाने पर उत्पादन: बड़े पैमाने पर उत्पादन और अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा करने के लिए सेमीकंडक्टर लेजर को कम लागत और बड़े पैमाने पर उत्पादन के फायदे की आवश्यकता होती है।
4. बिजली की खपत और विश्वसनीयता: डेटा केंद्रों जैसे अनुप्रयोग परिदृश्यों में, अर्धचालक लेज़रों को दीर्घकालिक स्थिर संचालन सुनिश्चित करने के लिए कम बिजली की खपत और उच्च विश्वसनीयता की आवश्यकता होती है।