सेमीकंडक्टर लेजर का प्रौद्योगिकी विकास और अनुप्रयोग क्षेत्र

1. परिचयसेमीकंडक्टर लेजर
सेमीकंडक्टर लेजर को आमतौर पर लेजर डायोड के रूप में जाना जाता है, क्योंकि वे अर्धचालक सामग्री को कार्यशील सामग्री के रूप में उपयोग करते हैं, इसलिए उन्हें सेमीकंडक्टर लेजर कहा जाता है। सेमीकंडक्टर लेजर एक फाइबर-युग्मित सेमीकंडक्टर लेजर मॉड्यूल, एक बीम संयोजन उपकरण, एक लेजर ऊर्जा ट्रांसमिशन केबल, एक बिजली आपूर्ति प्रणाली, एक नियंत्रण प्रणाली और एक यांत्रिक संरचना इत्यादि से बना है, और ड्राइव और निगरानी के तहत लेजर आउटपुट का एहसास करता है। बिजली आपूर्ति प्रणाली और नियंत्रण प्रणाली की. सेमीकंडक्टर लेजर के आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले काम करने वाले पदार्थों में मुख्य रूप से गैलियम आर्सेनाइड (GaAs), कैडमियम सल्फाइड (CdS), इंडियम फॉस्फाइड (InP), जिंक सल्फाइड (ZnS) आदि शामिल हैं। विभिन्न काम करने वाले पदार्थों के अनुसार, तीन मुख्य उत्तेजना विधियां हैं: इलेक्ट्रिक इंजेक्शन, पंप और उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन किरण उत्तेजना।

(1) विद्युत रूप से इंजेक्ट किए गए सेमीकंडक्टर लेजर आमतौर पर सेमीकंडक्टर सतह जंक्शन डायोड बनाने के लिए मुख्य सामग्री के रूप में GaAS, CdS, InP, ZnS और अन्य काम करने वाले पदार्थों का उपयोग करते हैं। विद्युत इंजेक्शन प्राप्त करते समय, आगे के पूर्वाग्रह के साथ वर्तमान इंजेक्ट किया जाता है, कार्यशील पदार्थ नोडल विमान क्षेत्र में उत्तेजित उत्सर्जन उत्पन्न करने के लिए उत्साहित होता है।
(2) पुंप-प्रकार के लेजर, आम तौर पर वाहक (पी-प्रकार अर्धचालक एकल क्रिस्टल) के रूप में छेद वाले जर्मेनियम एकल क्रिस्टल या वाहक (एन-प्रकार अर्धचालक) के रूप में इलेक्ट्रॉनों के साथ जर्मेनियम एकल क्रिस्टल से बने होते हैं, जिन्हें क्रिस्टल में स्वीकर्ता अशुद्धियों के साथ डोप किया जाता है। सेमीकंडक्टर सिंगल क्रिस्टल) का उपयोग कार्यशील सामग्री के रूप में किया जाता है, और अन्य लेज़रों द्वारा उत्सर्जित लेज़र का उपयोग जनसंख्या व्युत्क्रम का एहसास करने के लिए पंप उत्तेजना के रूप में किया जाता है।
(3) उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम-उत्तेजित अर्धचालक लेजर आमतौर पर कार्य सामग्री के चयन में पंप-प्रकार के लेजर के समान होते हैं, और अर्धचालक जर्मेनियम एकल क्रिस्टल का भी उपयोग किया जाता है। हालांकि, यह ध्यान देने योग्य है कि पी-प्रकार अर्धचालक एकल क्रिस्टल के चयन में उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग किया जाता है। उत्तेजित अर्धचालक लेजर मुख्य रूप से पीबीएस पर आधारित होते हैं। CbS एवं ZnO इनमें प्रमुख हैं।

2. डायोड लेजर बाजार का आकार

सेमीकंडक्टर लेजर में छोटे आकार, हल्के वजन, लंबे जीवन, उच्च परिचालन विश्वसनीयता, कम ऊर्जा खपत, उच्च इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल रूपांतरण दक्षता, आसान बड़े पैमाने पर उत्पादन और कम कीमत के फायदे हैं। ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के पूरे क्षेत्र को कवर करते हुए प्रिंटर आदि का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास और सफलता के साथ, सेमीकंडक्टर लेजर कम उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य, उच्च उत्सर्जन शक्ति, अल्ट्रा-छोटे आकार और लंबे जीवन की दिशा में विकसित हो रहे हैं, ताकि विभिन्न अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा किया जा सके, और उत्पाद श्रेणियां बन रही हैं अधिकाधिक प्रचुर। इसका उपयोग लेजर प्रसंस्करण, 3डी प्रिंटिंग, लेजर रडार, लेजर रेंजिंग, सैन्य, चिकित्सा और जीवन विज्ञान में भी व्यापक रूप से किया गया है। इसके अलावा, ट्रांसमिशन के लिए ऑप्टिकल फाइबर में युग्मन करके, काटने और वेल्डिंग के क्षेत्र में उच्च-शक्ति प्रत्यक्ष अर्धचालक लेजर का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है।

3. ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में सेमीकंडक्टर लेजर का अनुप्रयोग
(1) ऑप्टिकल फाइबर संचार। सेमीकंडक्टर लेजर ऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणाली के लिए एकमात्र व्यावहारिक प्रकाश स्रोत है, और ऑप्टिकल फाइबर संचार समकालीन संचार प्रौद्योगिकी की मुख्यधारा बन गया है।
(2) सीडी एक्सेस। ऑप्टिकल डिस्क स्टोरेज में सेमीकंडक्टर लेजर का उपयोग किया गया है, और इसका सबसे बड़ा लाभ यह है कि संग्रहीत ध्वनि, पाठ और छवि जानकारी की मात्रा बहुत बड़ी है। नीले और हरे लेज़रों के उपयोग से ऑप्टिकल डिस्क के भंडारण घनत्व में काफी सुधार हो सकता है।
(3) वर्णक्रमीय विश्लेषण। सुदूर-अवरक्त ट्यूनेबल सेमीकंडक्टर लेजर का उपयोग पर्यावरणीय गैस विश्लेषण, वायु प्रदूषण की निगरानी, ​​वाहन निकास आदि में किया गया है। इसका उपयोग उद्योग में वाष्प जमाव की प्रक्रिया की निगरानी के लिए किया जा सकता है।
(4) ऑप्टिकल सूचना प्रसंस्करण। ऑप्टिकल सूचना प्रणालियों में सेमीकंडक्टर लेजर का उपयोग किया गया है। सतह-उत्सर्जक अर्धचालक लेजर की द्वि-आयामी सरणियाँ ऑप्टिकल समानांतर प्रसंस्करण प्रणालियों के लिए आदर्श प्रकाश स्रोत हैं, जिनका उपयोग कंप्यूटर और ऑप्टिकल तंत्रिका नेटवर्क में किया जाएगा। 5) लेजर माइक्रोफैब्रिकेशन। क्यू-स्विच्ड सेमीकंडक्टर लेजर द्वारा उत्पन्न उच्च-ऊर्जा अल्ट्रा-शॉर्ट लाइट पल्स की मदद से, एकीकृत सर्किट को काटा और ड्रिल किया जा सकता है।
(5) लेजर अलार्म। सेमीकंडक्टर लेजर अलार्म का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिसमें चोरी-रोधी अलार्म, जल स्तर अलार्म और वाहन दूरी अलार्म शामिल हैं।
(6) लेजर प्रिंटर। हाई पावर सेमीकंडक्टर लेजर का उपयोग पहले से ही लेजर प्रिंटर में किया जाता है। नीले और हरे लेज़रों के उपयोग से मुद्रण गति और रिज़ॉल्यूशन में काफी सुधार हो सकता है।
(7) लेजर बारकोड स्कैनर। सेमीकंडक्टर लेजर बारकोड स्कैनर का उपयोग सामानों की बिक्री, और पुस्तकों और फाइलों के प्रबंधन में व्यापक रूप से किया गया है।
(8) हाई डेफिनिशन लेजर टीवी। निकट भविष्य में कैथोड रे ट्यूब के बिना सेमीकंडक्टर लेजर टीवी बाजार में उतारे जा सकते हैं। यह लाल, नीले और हरे लेजर का उपयोग करता है, और इसकी बिजली खपत मौजूदा टीवी की तुलना में 20% कम होने का अनुमान है।

4. सेमीकंडक्टर लेजर का भविष्य कहां है?

वर्तमान में, सेमीकंडक्टर लेजर का सबसे बड़ा अनुप्रयोग फाइबर लेजर और सॉलिड-स्टेट लेजर के लिए पंप स्रोत के रूप में है। जब सेमीकंडक्टर लेजर का उपयोग फाइबर लेजर के पंप स्रोत के रूप में किया जाता है, तो यूनिट पावर को बढ़ाकर पंप सिस्टम की संरचना को मौलिक रूप से सरल बनाया जा सकता है, और पंप पावर स्तर को बढ़ाया जा सकता है। चूंकि फाइबर लेजर और सॉलिड-स्टेट लेजर में आउटपुट पावर की आवश्यकताएं अधिक होती हैं, इसलिए सेमीकंडक्टर पंप स्रोतों की शक्ति पर भी उच्च आवश्यकताएं लगाई जाती हैं।

बीम गुणवत्ता की सीमा के कारण, धातु काटने के लिए पारंपरिक अर्धचालक लेजर का सीधे उपयोग करना मुश्किल है। हाल के वर्षों में, सेमीकंडक्टर कपलिंग तकनीक में सुधार और नई बीम संयोजन तकनीक की क्रमिक परिपक्वता के साथ, किलोवाट से ऊपर फाइबर आउटपुट वाले कुछ सेमीकंडक्टर लेजर भी बीम गुणवत्ता काटने की आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। इसके अलावा, सेमीकंडक्टर लेजर तरंग दैर्ध्य की विविधता के कारण, लघु-तरंग दैर्ध्य अर्धचालक लेजर की तरंग दैर्ध्य एल्यूमीनियम की तरंग दैर्ध्य अवशोषण अधिकतम के बहुत करीब है। इसलिए, ऑटोमोबाइल उद्योग में, एल्यूमीनियम ऑटोमोबाइल निकायों की वेल्डिंग के लिए उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजर बहुत उपयुक्त हैं। वर्तमान में, 2KW और 6KW के बीच लेजर आउटपुट पावर वाले सेमीकंडक्टर लेजर का ऑटोमोबाइल उद्योग की उत्पादन प्रक्रिया में व्यापक रूप से उपयोग किया गया है।

प्रत्यक्ष सामग्री प्रसंस्करण के क्षेत्र में, सेमीकंडक्टर लेजर की बीम गुणवत्ता फाइबर लेजर से आगे निकलना मुश्किल है। हालाँकि, पतली प्लेट वेल्डिंग और कटिंग अनुप्रयोगों में, अर्धचालक लेजर बहुत उपयुक्त हैं। उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजर के विकास ने कई महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों को सक्षम किया है। इन लेज़रों ने कई पारंपरिक तकनीकों को प्रतिस्थापित कर दिया है और हमारे लिए कई नए उत्पाद लाए हैं।

सामान्यतया, प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास के कारण, सेमीकंडक्टर लेजर के अनुप्रयोग क्षेत्र लगातार बदल रहे हैं, और ये परिवर्तन अभी भी हो रहे हैं। सामान्य तौर पर, सेमीकंडक्टर लेजर मौजूदा बाजार की मांगों को पूरा करने के लिए कम उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य और उच्च उत्सर्जन शक्तियों की ओर विकसित हो रहे हैं।

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