सेमीकंडक्टर लेजर क्या है?

1962 में दुनिया के पहले सेमीकंडक्टर लेजर के आविष्कार के बाद से, सेमीकंडक्टर लेजर में जबरदस्त बदलाव आया है, जो अन्य विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास को बढ़ावा देता है, और इसे बीसवीं शताब्दी में सबसे महान मानव आविष्कारों में से एक माना जाता है। पिछले दस वर्षों में, सेमीकंडक्टर लेजर अधिक तेजी से विकसित हुए हैं और दुनिया में सबसे तेजी से बढ़ने वाली लेजर तकनीक बन गए हैं। सेमीकंडक्टर लेज़रों की एप्लिकेशन रेंज ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के पूरे क्षेत्र को कवर करती है और आज के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स विज्ञान की मुख्य तकनीक बन गई है। छोटे आकार, सरल संरचना, कम इनपुट ऊर्जा, लंबे जीवन, आसान मॉड्यूलेशन और कम कीमत के फायदों के कारण, सेमीकंडक्टर लेजर का व्यापक रूप से ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में उपयोग किया जाता है और दुनिया भर के देशों द्वारा अत्यधिक मूल्यवान है।

अर्धचालक लेजर
A अर्धचालक लेजरएक छोटा लेजर है जो काम करने वाले पदार्थ के रूप में सीधे बैंड गैप सेमीकंडक्टर सामग्री से बना पीएन जंक्शन या पिन जंक्शन का उपयोग करता है। दर्जनों अर्धचालक लेजर काम करने वाली सामग्री हैं। लेज़रों में बनाए गए अर्धचालक पदार्थों में गैलियम आर्सेनाइड, इंडियम आर्सेनाइड, इंडियम एंटीमोनाइड, कैडमियम सल्फाइड, कैडमियम टेल्यूराइड, लेड सेलेनाइड, लेड टेल्यूराइड, एल्युमिनियम गैलियम आर्सेनाइड, इंडियम फॉस्फोरस, आर्सेनिक आदि शामिल हैं। सेमीकंडक्टर के तीन मुख्य उत्तेजना तरीके हैं। लेजर, अर्थात् इलेक्ट्रिक इंजेक्शन प्रकार, ऑप्टिकल पंप प्रकार और उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम उत्तेजना प्रकार। अधिकांश सेमीकंडक्टर लेज़रों की उत्तेजना विधि विद्युत इंजेक्शन है, अर्थात, जंक्शन प्लेन क्षेत्र में उत्तेजित उत्सर्जन उत्पन्न करने के लिए Pn जंक्शन पर एक फॉरवर्ड वोल्टेज लगाया जाता है, जो कि एक फॉरवर्ड-बायस्ड डायोड है। इसलिए सेमीकंडक्टर लेजर को सेमीकंडक्टर लेजर डायोड भी कहा जाता है। अर्धचालकों के लिए, चूंकि इलेक्ट्रॉन ऊर्जा बैंड के बीच असतत ऊर्जा स्तरों के बजाय संक्रमण करते हैं, संक्रमण ऊर्जा एक निश्चित मूल्य नहीं है, जो अर्धचालक लेजर के आउटपुट तरंग दैर्ध्य को एक विस्तृत श्रृंखला में फैलाता है। सीमा पर। उनके द्वारा उत्सर्जित तरंगदैर्घ्य 0.3 और 34 m के बीच होते हैं। तरंग दैर्ध्य रेंज प्रयुक्त सामग्री के ऊर्जा बैंड अंतराल द्वारा निर्धारित की जाती है। सबसे आम है AlGaAs डबल हेटेरोजंक्शन लेजर, जिसका आउटपुट वेवलेंथ 750-890 एनएम है।
सेमीकंडक्टर लेजर फैब्रिकेशन तकनीक ने डिफ्यूजन मेथड से लेकर लिक्विड फेज एपिटैक्सी (एलपीई), वेपर फेज एपिटैक्सी (वीपीई), मॉलिक्यूलर बीम एपिटैक्सी (एमबीई), एमओसीवीडी मेथड (मेटल ऑर्गेनिक कंपाउंड वेपर डिपोजिशन), केमिकल बीम एपिटैक्सी (सीबीई) का अनुभव किया है। और उनके विभिन्न संयोजन। सेमीकंडक्टर लेज़रों का सबसे बड़ा नुकसान यह है कि लेज़र का प्रदर्शन तापमान से बहुत प्रभावित होता है, और बीम का विचलन कोण बड़ा होता है (आमतौर पर कुछ डिग्री और 20 डिग्री के बीच), इसलिए यह डायरेक्टिविटी, मोनोक्रोमैटिकिटी और सुसंगतता में खराब होता है। हालांकि, विज्ञान और प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास के साथ, सेमीकंडक्टर लेजर का अनुसंधान गहराई की दिशा में आगे बढ़ रहा है, और सेमीकंडक्टर लेजर के प्रदर्शन में लगातार सुधार हो रहा है। कोर के रूप में सेमीकंडक्टर लेजर के साथ सेमीकंडक्टर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक तकनीक अधिक प्रगति करेगी और 21 वीं सदी के सूचना समाज में एक बड़ी भूमिका निभाएगी।

सेमीकंडक्टर लेजर कैसे काम करते हैं?
A अर्धचालक लेजरएक सुसंगत विकिरण स्रोत है। इसे लेजर लाइट उत्पन्न करने के लिए, तीन बुनियादी शर्तों को पूरा करना होगा:
1. लाभ की स्थिति: लेसिंग माध्यम (सक्रिय क्षेत्र) में वाहकों का व्युत्क्रम वितरण स्थापित होता है। अर्धचालक में, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करने वाला ऊर्जा बैंड ऊर्जा स्तरों की एक श्रृंखला से बना होता है जो निरंतर के करीब होते हैं। इसलिए, अर्धचालक में जनसंख्या व्युत्क्रमण प्राप्त करने के लिए, उच्च-ऊर्जा अवस्था के चालन बैंड के निचले भाग में इलेक्ट्रॉनों की संख्या निम्न-ऊर्जा के वैलेंस बैंड के शीर्ष पर छिद्रों की संख्या से बहुत अधिक होनी चाहिए। दो ऊर्जा बैंड क्षेत्रों के बीच राज्य। कम ऊर्जा वाले वैलेंस बैंड से उच्च ऊर्जा वाले कंडक्शन बैंड में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए आवश्यक वाहकों को सक्रिय परत में इंजेक्ट करने के लिए हेटेरोजंक्शन आगे पक्षपाती है। उत्प्रेरित उत्सर्जन तब होता है जब जनसंख्या उलटी अवस्था में बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉन छिद्रों के साथ पुनर्संयोजन करते हैं।
2. वास्तव में सुसंगत उत्तेजित विकिरण प्राप्त करने के लिए, उत्तेजित विकिरण को लेजर दोलन बनाने के लिए ऑप्टिकल रेज़ोनेटर में कई बार वापस फीड किया जाना चाहिए। लेजर रेज़ोनेटर एक दर्पण के रूप में अर्धचालक क्रिस्टल की प्राकृतिक दरार सतह से बनता है, आमतौर पर अंत में जो प्रकाश का उत्सर्जन नहीं करता है, एक उच्च-परावर्तन बहुपरत ढांकता हुआ फिल्म के साथ लेपित होता है, और प्रकाश उत्सर्जक सतह एक विरोधी के साथ लेपित होती है- प्रतिबिंब फिल्म। एफ-पी कैविटी (फैब्री-पेरोट कैविटी) सेमीकंडक्टर लेजर के लिए, पी-एन जंक्शन प्लेन के लिए लंबवत क्रिस्टल के प्राकृतिक क्लीवेज प्लेन का उपयोग करके एफ-पी कैविटी को आसानी से बनाया जा सकता है।
3. एक स्थिर दोलन बनाने के लिए, लेजर माध्यम को गुंजयमान यंत्र के कारण होने वाले ऑप्टिकल नुकसान और गुहा की सतह से लेजर आउटपुट के कारण होने वाले नुकसान की भरपाई के लिए पर्याप्त रूप से बड़ा लाभ प्रदान करने में सक्षम होना चाहिए, और लगातार गुहा में ऑप्टिकल क्षेत्र में वृद्धि। इसके लिए एक मजबूत पर्याप्त वर्तमान इंजेक्शन की आवश्यकता होती है, यानी पर्याप्त जनसंख्या उलटा होता है, जनसंख्या उलटा होने की डिग्री जितनी अधिक होती है, उतना ही अधिक लाभ प्राप्त होता है, यानी एक निश्चित वर्तमान थ्रेसहोल्ड स्थिति को पूरा किया जाना चाहिए। जब लेज़र दहलीज तक पहुँचता है, तो एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य वाला 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 लेजर में, इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का द्विध्रुवीय संक्रमण प्रकाश उत्सर्जन और प्रकाश प्रवर्धन की मूल प्रक्रिया है। नए सेमीकंडक्टर लेज़रों के लिए, वर्तमान में यह माना जाता है कि सेमीकंडक्टर लेज़रों के विकास के लिए क्वांटम कुएँ मौलिक प्रेरक शक्ति हैं। क्या क्वांटम तार और क्वांटम डॉट्स क्वांटम प्रभावों का पूरा फायदा उठा सकते हैं, इस सदी तक बढ़ा दिया गया है। वैज्ञानिकों ने विभिन्न सामग्रियों में क्वांटम डॉट्स बनाने के लिए स्व-संगठित संरचनाओं का उपयोग करने की कोशिश की है, और अर्धचालक लेजर में GaInN क्वांटम डॉट्स का उपयोग किया गया है।

सेमीकंडक्टर लेजर का विकास इतिहास
The सेमीकंडक्टर लेजर1960 के दशक की शुरुआत में होमोजंक्शन लेज़र थे, जो एक सामग्री पर गढ़े गए पीएन जंक्शन डायोड थे। फॉरवर्ड लार्ज करंट इंजेक्शन के तहत, इलेक्ट्रॉनों को लगातार पी क्षेत्र में इंजेक्ट किया जाता है, और छेद को लगातार एन क्षेत्र में इंजेक्ट किया जाता है। इसलिए, वाहक वितरण का व्युत्क्रम मूल पीएन जंक्शन रिक्तीकरण क्षेत्र में महसूस किया जाता है। चूंकि इलेक्ट्रॉनों की प्रवास गति छिद्रों की तुलना में तेज होती है, सक्रिय क्षेत्र में विकिरण और पुनर्संयोजन होता है, और प्रतिदीप्ति उत्सर्जित होती है। लेसिंग, एक अर्धचालक लेजर जो केवल दालों में काम कर सकता है। सेमीकंडक्टर लेज़रों के विकास का दूसरा चरण हेटरोस्ट्रक्चर सेमीकंडक्टर लेज़र है, जो विभिन्न बैंड अंतरालों के साथ सेमीकंडक्टर सामग्री की दो पतली परतों से बना है, जैसे कि GaAs और GaAlAs, और एकल हेटरोस्ट्रक्चर लेज़र पहली बार दिखाई दिया (1969)। सिंगल हेटेरोजंक्शन इंजेक्शन लेजर (SHLD) थ्रेशोल्ड करंट डेंसिटी को कम करने के लिए GaAsP-N जंक्शन के p क्षेत्र के भीतर है, जो कि होमोजंक्शन लेजर की तुलना में कम परिमाण का एक क्रम है, लेकिन सिंगल हेटेरोजंक्शन लेजर अभी भी निरंतर काम नहीं कर सकता है। कमरे का तापमान।
1970 के दशक के उत्तरार्ध से, अर्धचालक लेज़र स्पष्ट रूप से दो दिशाओं में विकसित हुए हैं, एक सूचना-आधारित लेज़र है जो सूचना प्रसारित करने के उद्देश्य से है, और दूसरा ऑप्टिकल शक्ति बढ़ाने के उद्देश्य से एक शक्ति-आधारित लेज़र है। पंप किए गए सॉलिड-स्टेट लेज़र, हाई-पावर सेमीकंडक्टर लेज़र (100mw से अधिक की निरंतर आउटपुट पावर और 5W से अधिक की पल्स आउटपुट पावर को हाई-पावर सेमीकंडक्टर लेज़र कहा जा सकता है) जैसे अनुप्रयोगों द्वारा संचालित।
1990 के दशक में, एक सफलता हासिल की गई थी, जिसे सेमीकंडक्टर लेज़रों की उत्पादन शक्ति में उल्लेखनीय वृद्धि, विदेशों में किलोवाट स्तर पर उच्च-शक्ति सेमीकंडक्टर लेज़रों के व्यावसायीकरण और 600W तक पहुंचने वाले घरेलू नमूना उपकरणों के उत्पादन द्वारा चिह्नित किया गया था। लेजर बैंड के विस्तार के दृष्टिकोण से, पहले इन्फ्रारेड सेमीकंडक्टर लेजर, उसके बाद 670 एनएम रेड सेमीकंडक्टर लेजर का व्यापक रूप से उपयोग किया गया था। फिर, 650nm और 635nm के तरंग दैर्ध्य के आगमन के साथ, नीले-हरे और नीले-प्रकाश अर्धचालक लेजर भी एक के बाद एक सफलतापूर्वक विकसित किए गए। वायलेट और यहां तक ​​कि 10mW के क्रम के पराबैंगनी अर्धचालक लेजर भी विकसित किए जा रहे हैं। सरफेस-एमिटिंग लेज़र और वर्टिकल-कैविटी सरफेस-एमिटिंग लेज़र 1990 के दशक के अंत में तेजी से विकसित हुए हैं, और सुपर-पैरेलल ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स में विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों पर विचार किया गया है। ऑप्टिकल सिस्टम में 980nm, 850nm और 780nm डिवाइस पहले से ही व्यावहारिक हैं। वर्तमान में, गीगाबिट ईथरनेट के उच्च गति नेटवर्क में ऊर्ध्वाधर गुहा सतह उत्सर्जक लेजर का उपयोग किया गया है।

अर्धचालक लेज़रों के अनुप्रयोग
सेमीकंडक्टर लेजर लेजर का एक वर्ग है जो पहले परिपक्व होता है और तेजी से प्रगति करता है। उनकी विस्तृत तरंग दैर्ध्य रेंज, सरल उत्पादन, कम लागत और आसान बड़े पैमाने पर उत्पादन के कारण, और उनके छोटे आकार, हल्के वजन और लंबे जीवन के कारण, उनका किस्मों और अनुप्रयोगों में तेजी से विकास होता है। एक विस्तृत श्रृंखला, वर्तमान में 300 से अधिक प्रजातियां।

1. उद्योग और प्रौद्योगिकी में आवेदन
1) ऑप्टिकल फाइबर संचार।सेमीकंडक्टर लेजरऑप्टिकल फाइबर संचार प्रणाली के लिए एकमात्र व्यावहारिक प्रकाश स्रोत है, और ऑप्टिकल फाइबर संचार समकालीन संचार प्रौद्योगिकी की मुख्यधारा बन गया है।
2) डिस्क एक्सेस। ऑप्टिकल डिस्क मेमोरी में सेमीकंडक्टर लेज़रों का उपयोग किया गया है, और इसका सबसे बड़ा लाभ यह है कि यह बड़ी मात्रा में ध्वनि, पाठ और छवि जानकारी संग्रहीत करता है। नीले और हरे रंग के लेजर का उपयोग ऑप्टिकल डिस्क के भंडारण घनत्व में काफी सुधार कर सकता है।
3) वर्णक्रमीय विश्लेषण। दूर-अवरक्त ट्यूनेबल सेमीकंडक्टर लेजर का उपयोग परिवेश गैस विश्लेषण, वायु प्रदूषण की निगरानी, ​​​​ऑटोमोबाइल 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 प्रणाली में सेमीकंडक्टर लेजर का उपयोग किया गया है। सतह उत्सर्जक अर्धचालक लेज़रों के 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 दालों की मदद से, एकीकृत सर्किट को काटा, छिद्रित आदि किया जा सकता है।
6) लेजर अलार्म। सेमीकंडक्टर लेजर अलार्म का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जिसमें बर्गलर अलार्म, जल स्तर अलार्म, वाहन दूरी अलार्म आदि शामिल हैं।
7) लेजर प्रिंटर। लेजर प्रिंटर में हाई-पावर सेमीकंडक्टर लेजर का इस्तेमाल किया गया है। नीले और हरे रंग के लेज़रों का उपयोग करने से मुद्रण की गति और रिज़ॉल्यूशन में बहुत सुधार हो सकता है।
8) लेजर बारकोड स्कैनर। सेमीकंडक्टर लेजर बार कोड स्कैनर का व्यापक रूप से माल की बिक्री, और पुस्तकों और अभिलेखागार के प्रबंधन में उपयोग किया गया है।
9) सॉलिड-स्टेट लेज़रों को पम्प करें। यह उच्च-शक्ति अर्धचालक लेज़रों का एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग है। मूल वातावरण लैंप को बदलने के लिए इसका उपयोग करने से एक पूर्ण-ठोस-अवस्था वाली लेजर प्रणाली बन सकती है।
10) हाई डेफिनिशन लेजर टीवी। निकट भविष्य में, कैथोड रे ट्यूब के बिना सेमीकंडक्टर लेजर टीवी, जो लाल, नीले और हरे रंग के लेजर का उपयोग करते हैं, मौजूदा टीवी की तुलना में 20 प्रतिशत कम बिजली की खपत का अनुमान है।

2. चिकित्सा और जीवन विज्ञान अनुसंधान में अनुप्रयोग
1) लेजर सर्जरी।सेमीकंडक्टर लेजरनरम ऊतक पृथक, ऊतक बंधन, जमावट और वाष्पीकरण के लिए इस्तेमाल किया गया है। इस तकनीक का व्यापक रूप से सामान्य सर्जरी, प्लास्टिक सर्जरी, त्वचाविज्ञान, मूत्रविज्ञान, प्रसूति और स्त्री रोग आदि में उपयोग किया जाता है।
2) लेजर डायनेमिक थेरेपी। ट्यूमर के लिए एक आत्मीयता वाले प्रकाश संवेदनशील पदार्थ कैंसर के ऊतकों में चुनिंदा रूप से जमा होते हैं, और कैंसर के ऊतकों को एक अर्धचालक लेजर से विकिरणित किया जाता है ताकि प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां उत्पन्न की जा सकें, जिसका उद्देश्य स्वस्थ ऊतक को नुकसान पहुंचाए बिना इसे नेक्रोटिक बनाना है।
3) जीवन विज्ञान अनुसंधान। के "ऑप्टिकल चिमटी" का उपयोग करनासेमीकंडक्टर लेजर, जीवित कोशिकाओं या गुणसूत्रों को पकड़ना और उन्हें किसी भी स्थिति में ले जाना संभव है। इसका उपयोग सेल संश्लेषण और सेल इंटरैक्शन अध्ययनों को बढ़ावा देने के लिए किया गया है, और फोरेंसिक साक्ष्य संग्रह के लिए नैदानिक ​​​​तकनीक के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है।