डायोड / सेमीकंडक्टर लेजर की संरचना
इस लेख को पढ़ने के बाद आप डायोड / सेमीकंडक्टर लेजर की संरचना के बारे में जानेंगे। इसके संचालन सिद्धांत के बारे में भी जानें।
ये लेज़र हालांकि सॉलिड-स्टेट लेज़रों की श्रेणी से संबंधित हैं, वे रूबी और एनडी: YAG लेज़रों जैसे अन्य ठोस-स्टेट लेज़रों से संचालन के विवरण में काफी भिन्न होते हैं, इसलिए उन्हें एक अलग प्रकार के रूप में माना जाता है।
एक अर्धचालक लेजर मूल रूप से एक पिन डायोड है। एक पिन जंक्शन और उनके बीच एक आंतरिक सक्रिय परत के साथ एक दूसरे के संपर्क में एक पी-प्रकार और एक एन-प्रकार अर्धचालकों को लाकर बनाया जाता है। जब इस तरह के उपकरण के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह पारित किया जाता है, तो जंक्शन क्षेत्र से लेजर प्रकाश निकलता है। पावर आउटपुट सीमित है, लेकिन कम लागत, छोटे आकार और अपेक्षाकृत उच्च दक्षता इन लेज़रों को विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए अच्छी तरह से अनुकूल बनाते हैं।
ये लेजर एक ट्रांजिस्टर या अर्धचालक डायोड के निर्माण के समान हैं। गैलियम, आर्सेनिक और एल्यूमीनियम का उपयोग करने वाले पारंपरिक अर्धचालक लेजर आमतौर पर वाट के क्रम की शक्ति के साथ 0.8 से 0.9 माइक्रोन तरंग दैर्ध्य के अवरक्त दालों का उत्सर्जन करता है। नई सामग्रियों के साथ अनुसंधान, उदाहरण के लिए, इंडियम और फॉस्फोरस के परिणामस्वरूप 1, 1 से 1.6 माइक्रोन की लंबी तरंग दैर्ध्य की लेजर बीम होती है जो ऑप्टिकल फाइबर में प्रकाश संचरण की दक्षता को बढ़ाती है।
अर्धचालक पराबैंगनीकिरण के क्षेत्र में नवीनतम शोध के परिणामस्वरूप कम तरंग दैर्ध्य के लेजर बीम का विकास हुआ है, जैसे कि विशेष रूप से स्पेक्ट्रम के लाल क्षेत्र से। अंजीर। 14.43 सेमीकंडक्टर या डायोड लेजर के लिए एक सेटअप की मूल अवधारणा को दर्शाता है।
1962 में अपने आविष्कार के बाद से, अर्धचालक लेजर ने धीमी गति से हालांकि एक लंबा सफर तय किया है। इस क्षेत्र में इस धीमी प्रगति को वांछित शुद्धता की अर्धचालक सामग्री और ठोस-राज्य इलेक्ट्रॉनिक्स की कमी के लिए तकनीक की अनुपलब्धता के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है।
हालांकि, इस दायर में हाल ही में वृद्धि बहुत ही आशाजनक है और अर्धचालक लेज़रों को पारंपरिक ठोस-राज्य और गैस लेज़रों को बदलने की उम्मीद है। इसका कारण यह है कि वे कई अद्वितीय लाभ प्रदान करते हैं, जैसे, कॉम्पैक्ट आकार, उच्च दक्षता (20% तक), तरंग दैर्ध्य की कम क्षमता, कम बिजली की खपत, प्रत्यक्ष उत्पादन मॉडुलन की संभावना, और बड़े पैमाने पर उत्पादन के साथ संगतता।
परिचालन सिद्धांत:
सेमीकंडक्टर लेजर एक दो स्तरीय लेजर प्रणाली है। ऊपरी लेजर स्थिति चालन बैंड है, और निचला राज्य वैलेंस बैंड है। लेजर बीम सेमीकंडक्टर के बैंड गैप से उत्सर्जित होता है। लेज़िंग कार्रवाई के लिए शुरू करने के लिए यह आवश्यक है कि वैलेंस और चालन ब्रांडों के बीच एक जनसंख्या व्युत्क्रम के माध्यम से पर्याप्त लाभ हो। इस तरह की आबादी का उलटा लेज़रों, इलेक्ट्रॉन बीम या फ्लैश लैंप द्वारा बाहरी पंपिंग द्वारा बनाया जा सकता है; हालाँकि, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सेमीकंडक्टर लेज़रों के अधिकांश हिस्से में यह आंतरिक पंपिंग से प्रभावित होता है, जो कि पीएन-जंक्शन का उपयोग करके विद्युत पम्पिंग द्वारा होता है।
सेमीकंडक्टर लेजर के कई डिजाइन हैं। अधिक महत्वपूर्ण कुछ में निम्नलिखित शामिल हैं:
1. वितरित प्रतिक्रिया (DFB) पराबैंगनीकिरण।
2. कपल-कैविटी लेजर।
3. क्वांटम-वेल लेजर।
4. सरफेस-एमिटिंग लेजर।
5. इन्फ्रारेड, और दर्शनीय बीम लेजर।
संरचनात्मक रूप से विभिन्न प्रकार निम्न हैं:
(i) ब्रॉड-एरिया लेजर,
(ii) गेन-गाइडेड लेजर,
(iii) साप्ताहिक सूचकांक-निर्देशित लेजर,
(ए) रिज वेव गाइडेड लेजर,
(बी) रिब वेव गाइडेड लेजर,
(iv) मजबूत सूचकांक-निर्देशित लेजर।
सेमीकंडक्टर / डायोड लेज़रों से पावर आउटपुट एकल सब्सट्रेट के लिए 1 mW से 0.5 W तक एक सामान्य सब्सट्रेट में निर्मित डायोड के चरण-बंद सरणियों के लिए भिन्न होता है। डायोड लेजर के लिए दक्षता 20% तक हो सकती है। इन पराबैंगनीकिरणों को निरंतर पुनरावृत्ति (सीडब्ल्यू) या स्पंदित तरंग (पीडब्लू) मोड दोनों में उच्च पुनरावृत्ति दरों पर संचालित किया जा सकता है।
