काम गर्ने सिद्धान्त र मुख्य प्रकारहरूअर्धचालक लेजर
अर्धचालकलेजर डायोडहरू, तिनीहरूको उच्च दक्षता, लघुकरण र तरंगदैर्ध्य विविधताको साथ, सञ्चार, चिकित्सा हेरचाह र औद्योगिक प्रशोधन जस्ता क्षेत्रहरूमा अप्टोइलेक्ट्रोनिक प्रविधिको मुख्य घटकको रूपमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। यस लेखले काम गर्ने सिद्धान्त र अर्धचालक लेजरहरूको प्रकारहरू थप परिचय गराउँछ, जुन अधिकांश अप्टोइलेक्ट्रोनिक अनुसन्धानकर्ताहरूको चयन सन्दर्भको लागि सुविधाजनक छ।
१. अर्धचालक लेजरहरूको प्रकाश उत्सर्जन सिद्धान्त
अर्धचालक लेजरहरूको ल्युमिनेसेन्स सिद्धान्त ब्यान्ड संरचना, इलेक्ट्रोनिक ट्रान्जिसन र अर्धचालक सामग्रीहरूको उत्तेजित उत्सर्जनमा आधारित छ। अर्धचालक सामग्रीहरू ब्यान्डग्याप भएको एक प्रकारको सामग्री हो, जसमा भ्यालेन्स ब्यान्ड र कन्डक्शन ब्यान्ड समावेश हुन्छ। जब सामग्री जमिनको अवस्थामा हुन्छ, इलेक्ट्रोनहरूले भ्यालेन्स ब्यान्ड भर्छन् जबकि कन्डक्शन ब्यान्डमा कुनै इलेक्ट्रोन हुँदैनन्। जब एक निश्चित विद्युतीय क्षेत्र बाह्य रूपमा लागू गरिन्छ वा करेन्ट इन्जेक्ट गरिन्छ, केही इलेक्ट्रोनहरू भ्यालेन्स ब्यान्डबाट कन्डक्शन ब्यान्डमा संक्रमण हुन्छन्, इलेक्ट्रोन-होल जोडीहरू बनाउँछन्। ऊर्जा रिलीजको प्रक्रियाको क्रममा, जब यी इलेक्ट्रोन-होल जोडीहरू बाहिरी संसारद्वारा उत्तेजित हुन्छन्, फोटोनहरू, अर्थात् लेजरहरू, उत्पन्न हुनेछन्।
२. अर्धचालक लेजरहरूको उत्तेजना विधिहरू
अर्धचालक लेजरहरूको लागि मुख्यतया तीन उत्तेजना विधिहरू छन्, अर्थात् विद्युतीय इंजेक्शन प्रकार, अप्टिकल पम्प प्रकार र उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रोन बीम उत्तेजना प्रकार।
विद्युतीय रूपमा इन्जेक्टेड अर्धचालक लेजरहरू: सामान्यतया, तिनीहरू ग्यालियम आर्सेनाइड (GaAs), क्याडमियम सल्फाइड (CdS), इन्डियम फस्फाइड (InP), र जिंक सल्फाइड (ZnS) जस्ता सामग्रीहरूबाट बनेका अर्धचालक सतह-जंक्शन डायोडहरू हुन्। तिनीहरू अगाडिको पूर्वाग्रहमा करेन्ट इन्जेक्ट गरेर उत्तेजित हुन्छन्, जंक्शन प्लेन क्षेत्रमा उत्तेजित उत्सर्जन उत्पन्न गर्छन्।
अप्टिकली पम्प गरिएका अर्धचालक लेजरहरू: सामान्यतया, N-प्रकार वा P-प्रकार अर्धचालक एकल क्रिस्टलहरू (जस्तै GaAS, InAs, InSb, आदि) काम गर्ने पदार्थको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, रलेजरअन्य लेजरहरूद्वारा उत्सर्जित हुने उत्तेजनालाई अप्टिकली पम्प गरिएको उत्तेजनाको रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रोन बीम-उत्तेजित अर्धचालक लेजरहरू: सामान्यतया, तिनीहरूले काम गर्ने पदार्थको रूपमा N-प्रकार वा P-प्रकार अर्धचालक एकल क्रिस्टलहरू (जस्तै PbS, CdS, ZhO, आदि) पनि प्रयोग गर्छन् र बाहिरबाट उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रोन बीम इन्जेक्सन गरेर उत्साहित हुन्छन्। अर्धचालक लेजर उपकरणहरू मध्ये, राम्रो प्रदर्शन र फराकिलो अनुप्रयोग भएको एक डबल हेटेरोस्ट्रक्चर भएको विद्युतीय रूपमा इन्जेक्टेड GaAs डायोड लेजर हो।
३. अर्धचालक लेजरहरूको मुख्य प्रकारहरू
अर्धचालक लेजरको सक्रिय क्षेत्र फोटोन उत्पादन र प्रवर्धनको लागि मुख्य क्षेत्र हो, र यसको मोटाई केवल केही माइक्रोमिटर मात्र हो। आन्तरिक तरंगगाइड संरचनाहरू फोटोनको पार्श्व प्रसारलाई सीमित गर्न र ऊर्जा घनत्व (जस्तै रिज तरंगगाइडहरू र दफन गरिएको हेटेरोजंक्शनहरू) बढाउन प्रयोग गरिन्छ। लेजरले ताप सिङ्क डिजाइन अपनाउँछ र द्रुत ताप अपव्ययको लागि उच्च तापीय चालकता सामग्रीहरू (जस्तै तामा-टंगस्टन मिश्र धातु) चयन गर्दछ, जसले अत्यधिक तापको कारणले हुने तरंगदैर्ध्य बहावलाई रोक्न सक्छ। तिनीहरूको संरचना र अनुप्रयोग परिदृश्यहरू अनुसार, अर्धचालक लेजरहरूलाई निम्न चार कोटीहरूमा वर्गीकृत गर्न सकिन्छ:
किनारा उत्सर्जक लेजर (EEL)
लेजर चिपको छेउमा रहेको क्लीभेज सतहबाट आउटपुट हुन्छ, जसले अण्डाकार स्थान बनाउँछ (लगभग ३०°×१०° को विचलन कोणको साथ)। विशिष्ट तरंगदैर्ध्यमा ८०८nm (पम्पिङको लागि), ९८० nm (सञ्चारको लागि), र १५५० nm (फाइबर सञ्चारको लागि) समावेश छन्। यो उच्च-शक्ति औद्योगिक काट्ने, फाइबर लेजर पम्पिङ स्रोतहरू, र अप्टिकल सञ्चार ब्याकबोन नेटवर्कहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
२. ठाडो गुहा सतह उत्सर्जन लेजर (VCSEL)
लेजर चिपको सतहमा लम्बवत रूपमा उत्सर्जित हुन्छ, जसमा गोलाकार र सममित बीम हुन्छ (विचलन कोण <१५°)। यसले वितरित ब्राग रिफ्लेक्टर (DBR) लाई एकीकृत गर्दछ, जसले बाह्य रिफ्लेक्टरको आवश्यकतालाई हटाउँछ। यो थ्रीडी सेन्सिङ (जस्तै मोबाइल फोन अनुहार पहिचान), छोटो दूरीको अप्टिकल सञ्चार (डेटा केन्द्रहरू), र LiDAR मा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
३. क्वान्टम क्यास्केड लेजर (QCL)
क्वान्टम वेल्स बीच इलेक्ट्रोनहरूको क्यास्केड संक्रमणको आधारमा, तरंगदैर्ध्यले जनसंख्या उल्टोको आवश्यकता बिना, मध्य-देखि-टाढा-इन्फ्रारेड दायरा (3-30 μm) समेट्छ। फोटोनहरू इन्टरसबब्यान्ड संक्रमणहरू मार्फत उत्पन्न हुन्छन् र सामान्यतया ग्यास सेन्सिङ (जस्तै CO₂ पत्ता लगाउने), टेराहर्ट्ज इमेजिङ, र वातावरणीय अनुगमन जस्ता अनुप्रयोगहरूमा प्रयोग गरिन्छ।
ट्युनेबल लेजरको बाह्य गुहा डिजाइन (ग्रेटिंग/प्रिज्म/MEMS मिरर) ले ±५० nm को तरंगदैर्ध्य ट्युनिङ दायरा प्राप्त गर्न सक्छ, जसमा साँघुरो रेखाचौडाइ (<१०० kHz) र उच्च साइड-मोड अस्वीकृति अनुपात (>५० dB) हुन्छ। यो सामान्यतया घना तरंगदैर्ध्य विभाजन मल्टिप्लेक्सिङ (DWDM) सञ्चार, वर्णक्रमीय विश्लेषण, र बायोमेडिकल इमेजिङ जस्ता अनुप्रयोगहरूमा प्रयोग गरिन्छ। अर्धचालक लेजरहरू सञ्चार लेजर उपकरणहरू, डिजिटल लेजर भण्डारण उपकरणहरू, लेजर प्रशोधन उपकरणहरू, लेजर मार्किङ र प्याकेजिङ उपकरणहरू, लेजर टाइपसेटिङ र प्रिन्टिङ, लेजर चिकित्सा उपकरणहरू, लेजर दूरी र कोलिमेशन पत्ता लगाउने उपकरणहरू, मनोरञ्जन र शिक्षाका लागि लेजर उपकरणहरू र उपकरणहरू, लेजर कम्पोनेन्टहरू र भागहरू, आदिमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। तिनीहरू लेजर उद्योगको मुख्य घटकहरूसँग सम्बन्धित छन्। यसको विस्तृत दायराको कारण, लेजरहरूको धेरै ब्रान्ड र निर्माताहरू छन्। छनौट गर्दा, यो विशिष्ट आवश्यकताहरू र अनुप्रयोग क्षेत्रहरूमा आधारित हुनुपर्छ। विभिन्न निर्माताहरूको विभिन्न क्षेत्रहरूमा फरक अनुप्रयोगहरू हुन्छन्, र निर्माताहरू र लेजरहरूको छनोट परियोजनाको वास्तविक अनुप्रयोग क्षेत्र अनुसार गरिनुपर्छ।
पोस्ट समय: नोभेम्बर-०५-२०२५