सेमीकंडक्टर लेजर का कार्य सिद्धांत

कार्य सिद्धांतसेमीकंडक्टर लेजर

सबसे पहले, सेमीकंडक्टर लेजरों के लिए पैरामीटर आवश्यकताओं का परिचय दिया गया है, जिसमें मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलू शामिल हैं:
1. फोटोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन: विलुप्तिकरण अनुपात, गतिशील लाइनविड्थ और अन्य मापदंडों सहित, ये मापदंड संचार प्रणालियों में अर्धचालक लेजर के प्रदर्शन को सीधे प्रभावित करते हैं।
2. संरचनात्मक मापदंड: जैसे प्रकाशमान आकार और व्यवस्था, निष्कर्षण अंत परिभाषा, स्थापना आकार और रूपरेखा आकार।
3. तरंगदैर्ध्य: सेमीकंडक्टर लेजर की तरंगदैर्ध्य सीमा 650~1650 एनएम 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 कर रहे सेमीकंडक्टर लेजर की शक्ति, वोल्टेज और धारा को मापकर, PV, PI और IV वक्र खींचे जा सकते हैं, जिससे उनकी कार्य विशेषताओं को समझा जा सके।

काम के सिद्धांत
1. लाभ की शर्तें: लेज़िंग माध्यम (सक्रिय क्षेत्र) में आवेश वाहकों का व्युत्क्रम वितरण स्थापित किया जाता है। अर्धचालक में, इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को लगभग निरंतर ऊर्जा स्तरों की एक श्रृंखला द्वारा दर्शाया जाता 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 ऊपरी भाग में छिद्रों की संख्या से बहुत अधिक होनी चाहिए। यह समयुग्मन या विषमयुग्मन पर धनात्मक बायस लगाकर और आवश्यक वाहकों को सक्रिय परत में इंजेक्ट करके प्राप्त किया जाता है, जिससे इलेक्ट्रॉन निम्न ऊर्जा संयोजकता बैंड से उच्च ऊर्जा चालन बैंड में उत्तेजित होते हैं। 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 उत्तेजित विकिरण प्राप्त करने के लिए, लेजर दोलन बनाने हेतु उत्तेजित विकिरण को ऑप्टिकल रेज़ोनेटर में कई बार वापस भेजा जाना आवश्यक है। लेजर का रेज़ोनेटर अर्धचालक क्रिस्टल की प्राकृतिक विखंडन सतह को दर्पण के रूप में उपयोग करके बनाया जाता है, जिसके प्रकाश के सिरे पर आमतौर पर उच्च परावर्तन वाली बहुपरत परावैद्युत फिल्म चढ़ाई जाती है, और चिकनी सतह पर कम परावर्तन वाली फिल्म चढ़ाई जाती है। फैब्री-पेरोट (FP) कैविटी वाले अर्धचालक लेजर के लिए, क्रिस्टल के pn जंक्शन तल के लंबवत प्राकृतिक विखंडन तल का उपयोग करके FP कैविटी को आसानी से बनाया जा सकता है।
(3) स्थिर दोलन उत्पन्न करने के लिए, लेजर माध्यम में इतना पर्याप्त लाभ होना चाहिए कि वह अनुनादक के कारण होने वाली प्रकाशीय हानि और गुहा की सतह से निकलने वाले लेजर आउटपुट के कारण होने वाली हानि की भरपाई कर सके और गुहा में प्रकाश क्षेत्र को लगातार बढ़ा सके। इसके लिए पर्याप्त मजबूत धारा प्रवाह होना आवश्यक है, अर्थात् कणों की संख्या में पर्याप्त व्युत्क्रमण होना चाहिए। कणों की संख्या में जितना अधिक व्युत्क्रमण होगा, लाभ उतना ही अधिक होगा, अर्थात् एक निश्चित धारा सीमा को पूरा करना आवश्यक है। जब लेजर सीमा तक पहुँच जाता है, तो एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य का प्रकाश गुहा में प्रतिध्वनित होकर प्रवर्धित हो सकता है, और अंततः एक लेजर और निरंतर आउटपुट उत्पन्न कर सकता है।

प्रदर्शन आवश्यकता
1. मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ और दर: वायरलेस ऑप्टिकल संचार में सेमीकंडक्टर लेजर और उनकी मॉड्यूलेशन तकनीक महत्वपूर्ण हैं, और मॉड्यूलेशन बैंडविड्थ और दर सीधे संचार की गुणवत्ता को प्रभावित करती हैं। आंतरिक रूप से मॉड्यूलेटेड लेजर (प्रत्यक्ष रूप से मॉड्यूलेटेड लेजरउच्च गति संचरण और कम लागत के कारण यह ऑप्टिकल फाइबर संचार के विभिन्न क्षेत्रों के लिए उपयुक्त है।
2. वर्णक्रमीय विशेषताएँ और मॉड्यूलेशन विशेषताएँ: सेमीकंडक्टर वितरित फीडबैक लेजर (डीएफबी लेजरअपनी उत्कृष्ट वर्णक्रमीय विशेषताओं और मॉड्यूलेशन विशेषताओं के कारण, ये 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 लेजरों में कम लागत और बड़े पैमाने पर उत्पादन के फायदे होने चाहिए।
4. बिजली की खपत और विश्वसनीयता: डेटा केंद्रों जैसे अनुप्रयोग परिदृश्यों में, दीर्घकालिक स्थिर संचालन सुनिश्चित करने के लिए अर्धचालक लेजरों को कम बिजली की खपत और उच्च विश्वसनीयता की आवश्यकता होती है।