सेमीकंडक्टर लेजर क्या है? (भाग Ⅰ)

पहले के आविष्कार के बाद सेसेमीकंडक्टर लेजर1962 में दुनिया में, सेमीकंडक्टर लेजर में बड़े बदलाव आए हैं, जो अन्य विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास को बहुत बढ़ावा देता है, और इसे 20 वीं शताब्दी के महत्वपूर्ण आविष्कारों में से एक माना जाता है। हाल के दशकों में, सेमीकंडक्टर लेजर का विकास तेजी से हुआ है और यह दुनिया की सबसे तेजी से विकसित होने वाली लेजर तकनीक बन गई है। सेमीकंडक्टर लेज़रों का अनुप्रयोग ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के पूरे क्षेत्र को कवर करता है और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स विज्ञान की मुख्य तकनीक बन गया है। छोटे आकार, सरल संरचना, कम इनपुट ऊर्जा, लंबे जीवन, मॉड्यूलेट करने में आसानी और कम कीमत के फायदे के कारण सेमीकंडक्टर लेजर का ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में व्यापक रूप से उपयोग किया गया है और दुनिया भर के देशों द्वारा इसे अत्यधिक महत्व दिया गया है।

1. सेमीकंडक्टर लेजर

सेमीकंडक्टर लेज़र एक प्रकार का लघुकृत लेज़र है जो Pn जंक्शन या डायरेक्ट बैंड गैप सेमीकंडक्टर सामग्री के पिन से बना होता है। दर्जनों प्रकार के सेमीकंडक्टर लेजर-काम करने वाले पदार्थ हैं। वर्तमान में, सेमीकंडक्टर सामग्री जो लेज़रों में बनाई गई है, वे हैं गैलियम आर्सेनाइड, इंडियम आर्सेनाइड, इंडियम एंटीमोनाइड, कैडमियम सल्फाइड, कैडमियम टेलुराइड, लेड सेलेनाइड, लेड टेलुराइड, एल्युमिनियम गैलियम आर्सेनिक, इंडियम फॉस्फोरस आर्सेनिक इत्यादि। सेमीकंडक्टर लेजर के तीन प्रकार के उत्तेजना मोड हैं, अर्थात्, विद्युत इंजेक्शन, ऑप्टिकल पंप और उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम उत्तेजना। अधिकांश सेमीकंडक्टर लेज़रों का उत्तेजना मोड इलेक्ट्रिक इंजेक्शन है, अर्थात जंक्शन प्लेन क्षेत्र में उत्तेजित उत्सर्जन उत्पन्न करने के लिए Pn जंक्शन पर फॉरवर्ड वोल्टेज लगाया जाता है, यानी यह फॉरवर्ड-बायस्ड डायोड है। इसलिए सेमीकंडक्टर लेजर को सेमीकंडक्टर लेजर डायोड भी कहा जाता है। अर्धचालकों के लिए, चूंकि इलेक्ट्रॉन असतत ऊर्जा स्तरों के बजाय ऊर्जा बैंड के बीच संक्रमण करते हैं, संक्रमण ऊर्जा एक निश्चित मूल्य नहीं है, जो एक विस्तृत श्रृंखला में फैले सेमीकंडक्टर लेजर के आउटपुट तरंग दैर्ध्य को बनाता है। वे 0.3 से 34μm तक की तरंग दैर्ध्य का उत्सर्जन करते हैं। वेवलेंथ रेंज इस्तेमाल की गई सामग्री के बैंड गैप पर निर्भर करती है। आम AlGaAs डबल हेटेरोजंक्शन लेजर का आउटपुट वेवलेंथ 750 ~ 890nm है।

सेमीकंडक्टर लेजर उत्पादन तकनीक ने प्रसार विधि से लेकर तरल चरण एपिटॉक्सी (एलपीई), गैस चरण एपिटॉक्सी (वीपीई), आणविक बीम एपिटॉक्सी (एमबीई), एमओसीवीडी विधि (कार्बनिक धातु वाष्प जमाव), रासायनिक बीम एपिटॉक्सी (सीबीई) और उनके विभिन्न अनुभव किए हैं। विभिन्न प्रक्रियाओं का संयोजन। सेमीकंडक्टर लेजर का नुकसान यह है कि लेजर का प्रदर्शन तापमान से प्रभावित होता है, और बीम का विचलन कोण बड़ा होता है (आमतौर पर कई डिग्री और 20 डिग्री के बीच), इसलिए यह प्रत्यक्षता, मोनोक्रोमैटिक संपत्ति और सुसंगतता में खराब होता है। लेकिन विज्ञान और प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास के साथ, डीपीएसएस लेजर का शोध गहराई की दिशा में आगे बढ़ रहा है, और सेमीकंडक्टर लेजर का प्रदर्शन लगातार सुधार रहा है। कोर के रूप में सेमीकंडक्टर लेजर के साथ सेमीकंडक्टर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स तकनीक अधिक प्रगति करेगी और 21 वीं सदी के सूचना समाज में एक बड़ी भूमिका निभाएगी।

2. अर्धचालक लेज़रों का कार्य सिद्धांत

अर्धचालक लेजर एक सुसंगत विकिरण स्रोत है। लेजर उत्पन्न करने के लिए तीन बुनियादी शर्तों को पूरा करना होगा।

① लाभ की स्थिति: उत्तेजना माध्यम (सक्रिय क्षेत्र) में आवेश वाहकों का व्युत्क्रम वितरण स्थापित होता है। अर्धचालकों में, इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को लगभग निरंतर ऊर्जा स्तरों की एक श्रृंखला द्वारा दर्शाया जाता है। यह सजातीय या विषमता के लिए एक आगे पूर्वाग्रह को लागू करने और निचले वैलेंस बैंड से उच्च चालन बैंड तक इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए सक्रिय परत में आवश्यक आवेश वाहकों को इंजेक्ट करके प्राप्त किया जाता है। उत्तेजित उत्सर्जन तब होता है जब उल्टे कण जनसंख्या राज्य में इलेक्ट्रॉनों की एक बड़ी संख्या छिद्रों के साथ पुनर्संयोजित होती है।

② वास्तव में सुसंगत उत्तेजित विकिरण प्राप्त करने के लिए, एक से अधिक प्रतिक्रिया प्राप्त करने और लेजर दोलन बनाने के लिए ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र में उत्तेजित विकिरण बनाना चाहिए, लेजर का गुंजयमान यंत्र दर्पण के रूप में अर्धचालक क्रिस्टल की प्राकृतिक दरार सतह से बनता है, आमतौर पर अंत में उच्च उलटा बहुपरत ढांकता हुआ फिल्म पर प्रकाश चढ़ाना, और कम उलटा फिल्म पर चिकनी सतह चढ़ाना। एफपी कैविटी (फैब्री-पेरोट कैविटी) सेमीकंडक्टर लेजर के लिए, एफपी कैविटी को क्रिस्टल के पीएन जंक्शन प्लेन के लंबवत प्राकृतिक क्लीवेज प्लेन द्वारा आसानी से बनाया जा सकता है।

③ स्थिर दोलन बनाने के लिए, लेजर माध्यम को गुंजयमान गुहा और गुहा की सतह से लेजर आउटपुट के कारण होने वाले ऑप्टिकल नुकसान के लिए पर्याप्त लाभ प्रदान करने में सक्षम होना चाहिए, और गुहा में ऑप्टिकल क्षेत्र को लगातार बढ़ाना चाहिए। इसके लिए एक मजबूत पर्याप्त करंट इंजेक्शन की आवश्यकता होती है, यानी पर्याप्त कण संख्या व्युत्क्रम। कण संख्या व्युत्क्रम की डिग्री जितनी अधिक होगी, उतना अधिक लाभ होगा, अर्थात एक निश्चित वर्तमान सीमा स्थिति को पूरा करना होगा। जब लेज़र दहलीज पर पहुँचता है, तो एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश गुहा में प्रतिध्वनित हो सकता है और प्रवर्धित हो सकता है, और अंत में एक लेज़र और आउटपुट लगातार बना सकता है। यह देखा जा सकता है कि अर्धचालक लेज़रों में इलेक्ट्रॉन और छिद्र का द्विध्रुवीय संक्रमण प्रकाश उत्सर्जन और प्रकाश प्रवर्धन की मूल प्रक्रिया है। नए सेमीकंडक्टर लेजर के लिए, यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि लेज़रों के विकास के लिए क्वांटम वेल मौलिक प्रेरक शक्ति है। क्वांटम तारों और डॉट्स क्वांटम प्रभावों का पूरा लाभ उठा सकते हैं या नहीं, इस सवाल का इस सदी में अच्छी तरह से विस्तार हुआ है। वैज्ञानिकों ने विभिन्न सामग्रियों में क्वांटम डॉट्स बनाने के लिए स्व-संगठित संरचनाओं के साथ प्रयोग किया है, और सेमीकंडक्टर लेजर में GaInN क्वांटम डॉट्स का उपयोग किया गया है।

partⅡ में स्थानांतरण इसके इतिहास और अनुप्रयोग को समझता है

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