सेमीकंडक्टर लेज़रों का हृदय: लाभ माध्यम पर एक गहन नज़र

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक तकनीक के तेज़ी से विकास के साथ, अर्धचालक लेज़रों का उपयोग दूरसंचार, चिकित्सा, औद्योगिक प्रसंस्करण और LiDAR जैसे विभिन्न क्षेत्रों में व्यापक रूप से होने लगा है, जो उनकी उच्च दक्षता, छोटे आकार और मॉड्यूलेशन में आसानी के कारण संभव हुआ है। इस तकनीक के मूल में गेन मीडियम है, जो एक अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह एक प्रकार से कार्य करता है।“ऊर्जा स्रोत”जो उत्तेजित उत्सर्जन और लेजर उत्पादन को सक्षम बनाता है, लेजर का निर्धारण करता है'प्रदर्शन, तरंगदैर्ध्य, और अनुप्रयोग क्षमता।

1. लाभ माध्यम क्या है?

जैसा कि नाम से ही स्पष्ट है, एक लाभ माध्यम एक ऐसा पदार्थ है जो प्रकाशीय प्रवर्धन प्रदान करता है। बाहरी ऊर्जा स्रोतों (जैसे विद्युत इंजेक्शन या प्रकाशीय पम्पिंग) द्वारा उत्तेजित होने पर, यह प्रेरित उत्सर्जन तंत्र के माध्यम से आपतित प्रकाश को प्रवर्धित करता है, जिससे लेज़र आउटपुट प्राप्त होता है।

अर्धचालक लेज़रों में, लाभ माध्यम आमतौर पर पीएन जंक्शन पर सक्रिय क्षेत्र से बना होता है, जिसकी सामग्री संरचना, संरचना और डोपिंग विधियां सीधे प्रमुख मापदंडों जैसे कि थ्रेशोल्ड करंट, उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य, दक्षता और तापीय विशेषताओं को प्रभावित करती हैं।

2. अर्धचालक लेज़रों में सामान्य लाभ सामग्री

III-V यौगिक अर्धचालक सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली लाभ सामग्री हैं। इनके विशिष्ट उदाहरणों में शामिल हैं:

1GaAs (गैलियम आर्सेनाइड)

850 में उत्सर्जित लेज़रों के लिए उपयुक्त–980 एनएम रेंज, ऑप्टिकल संचार और लेजर मुद्रण में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

2InP (इंडियम फॉस्फाइड)

1.3 µm और 1.55 µm बैंड में उत्सर्जन के लिए उपयोग किया जाता है, जो फाइबर-ऑप्टिक संचार के लिए महत्वपूर्ण है।

2InGaAsP / AlGaAs / InGaN

उनकी रचनाओं को विभिन्न तरंगदैर्ध्य प्राप्त करने के लिए ट्यून किया जा सकता है, जो ट्यूनेबल-वेवलेंथ लेजर डिजाइनों का आधार बनता है।

इन सामग्रियों में आमतौर पर प्रत्यक्ष बैंडगैप संरचनाएं होती हैं, जो उन्हें फोटॉन उत्सर्जन के साथ इलेक्ट्रॉन-होल पुनर्संयोजन में अत्यधिक कुशल बनाती हैं, जो अर्धचालक लेजर लाभ माध्यम में उपयोग के लिए आदर्श हैं।

3. लाभ संरचनाओं का विकास

जैसे-जैसे निर्माण प्रौद्योगिकियों में प्रगति हुई है, अर्धचालक लेज़रों में लाभ संरचनाएं प्रारंभिक होमोजंक्शन से हेटेरोजंक्शन तक, तथा आगे उन्नत क्वांटम वेल और क्वांटम डॉट विन्यास तक विकसित हुई हैं।

1हेटेरोजंक्शन लाभ माध्यम

विभिन्न बैंडगैप वाले अर्धचालक पदार्थों को संयोजित करके, वाहकों और फोटॉनों को निर्दिष्ट क्षेत्रों में प्रभावी रूप से सीमित किया जा सकता है, जिससे लाभ दक्षता में वृद्धि होगी और थ्रेशोल्ड करंट में कमी आएगी।

2क्वांटम वेल संरचनाएं

सक्रिय क्षेत्र की मोटाई को नैनोमीटर पैमाने तक कम करके, इलेक्ट्रॉनों को दो आयामों में सीमित कर दिया जाता है, जिससे विकिरण पुनर्संयोजन दक्षता में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। इसके परिणामस्वरूप कम थ्रेशोल्ड धाराएँ और बेहतर तापीय स्थिरता वाले लेज़र प्राप्त होते हैं।

2क्वांटम डॉट संरचनाएं

स्व-संयोजन तकनीकों का उपयोग करके, शून्य-आयामी नैनो संरचनाएँ बनाई जाती हैं, जो स्पष्ट ऊर्जा स्तर वितरण प्रदान करती हैं। ये संरचनाएँ उन्नत लाभ विशेषताएँ और तरंगदैर्ध्य स्थिरता प्रदान करती हैं, जिससे ये अगली पीढ़ी के उच्च-प्रदर्शन अर्धचालक लेज़रों के लिए एक अनुसंधान केंद्र बन जाती हैं।

4. लाभ माध्यम क्या निर्धारित करता है?

1उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य

सामग्री का बैंडगैप लेज़र को निर्धारित करता है'तरंगदैर्घ्य के लिए उपयुक्त है। उदाहरण के लिए, InGaAs निकट-अवरक्त लेज़रों के लिए उपयुक्त है, जबकि InGaN नीले या बैंगनी लेज़रों के लिए उपयोग किया जाता है।

2दक्षता और शक्ति

वाहक गतिशीलता और गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन दरें प्रकाशीय-से-विद्युत रूपांतरण दक्षता को प्रभावित करती हैं।

2ऊष्मीय प्रदर्शन

विभिन्न सामग्रियां तापमान परिवर्तनों पर विभिन्न तरीकों से प्रतिक्रिया करती हैं, जिससे औद्योगिक और सैन्य वातावरण में लेजर की विश्वसनीयता प्रभावित होती है।

2मॉड्यूलेशन प्रतिक्रिया

लाभ माध्यम लेज़र को प्रभावित करता है'प्रतिक्रिया की गति, जो उच्च गति संचार अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है।

5। उपसंहार

अर्धचालक लेज़रों की जटिल संरचना में, लाभ माध्यम वास्तव में इसका "हृदय" है—न केवल लेज़र के निर्माण के लिए बल्कि उसके जीवनकाल, स्थिरता और अनुप्रयोग परिदृश्यों को प्रभावित करने के लिए भी ज़िम्मेदार। सामग्री चयन से लेकर संरचनात्मक डिज़ाइन तक, स्थूल प्रदर्शन से लेकर सूक्ष्म तंत्र तक, लाभ माध्यम में हर सफलता लेज़र तकनीक को बेहतर प्रदर्शन, व्यापक अनुप्रयोगों और गहन अन्वेषण की ओर ले जा रही है।

पदार्थ विज्ञान और नैनो-निर्माण प्रौद्योगिकी में निरंतर प्रगति के साथ, भविष्य के लाभ माध्यमों से उच्च चमक, व्यापक तरंगदैर्ध्य कवरेज और अधिक स्मार्ट लेजर समाधान मिलने की उम्मीद है।—विज्ञान, उद्योग और समाज के लिए अधिक संभावनाओं को खोलना।