सेमीकंडक्टर लेज़रों का मूल: गेन मीडियम का गहन विश्लेषण

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी में तीव्र प्रगति के साथ, सेमीकंडक्टर लेजर अपनी उच्च दक्षता, कॉम्पैक्ट आकार और मॉड्यूलेशन में आसानी के कारण दूरसंचार, चिकित्सा, औद्योगिक प्रसंस्करण और लिडार जैसे विभिन्न क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने लगे हैं। इस प्रौद्योगिकी के मूल में गेन मीडियम है, जो एक अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। यह एक“ऊर्जा स्रोत”जो उत्तेजित उत्सर्जन और लेजर उत्पादन को सक्षम बनाता है, लेजर का निर्धारण करता है।'इसका प्रदर्शन, तरंगदैर्ध्य और अनुप्रयोग क्षमता।

1. गेन मीडियम क्या है?

जैसा कि नाम से ही स्पष्ट है, गेन मीडियम एक ऐसा पदार्थ है जो प्रकाशीय प्रवर्धन प्रदान करता है। जब इसे बाहरी ऊर्जा स्रोतों (जैसे विद्युत इंजेक्शन या प्रकाशीय पंपिंग) द्वारा उत्तेजित किया जाता है, तो यह उत्तेजित उत्सर्जन की प्रक्रिया के माध्यम से आपतित प्रकाश को प्रवर्धित करता है, जिससे लेजर आउटपुट उत्पन्न होता है।

सेमीकंडक्टर लेज़रों में, गेन माध्यम आमतौर पर पीएन जंक्शन पर सक्रिय क्षेत्र से बना होता है, जिसकी सामग्री संरचना, बनावट और डोपिंग विधियाँ थ्रेशोल्ड करंट, उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य, दक्षता और थर्मल विशेषताओं जैसे प्रमुख मापदंडों को सीधे प्रभावित करती हैं।

2. सेमीकंडक्टर लेज़रों में सामान्य गेन सामग्री

III-V यौगिक अर्धचालक सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले गेन पदार्थ हैं। विशिष्ट उदाहरणों में शामिल हैं:

①GaAs (गैलियम आर्सेनाइड)

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

②InP (इंडियम फॉस्फाइड)

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

③InGaAsP / AlGaAs / InGaN

उनकी संरचनाओं को अलग-अलग तरंग दैर्ध्य प्राप्त करने के लिए समायोजित किया जा सकता है, जो ट्यूनेबल-तरंग दैर्ध्य 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

निर्माण प्रौद्योगिकियों में प्रगति के साथ, अर्धचालक लेजरों में लाभ संरचनाएं प्रारंभिक होमोजंक्शन से हेटरोजंक्शन और आगे चलकर उन्नत क्वांटम वेल और क्वांटम डॉट विन्यासों में विकसित हुई हैं।

①हेटेरोजंक्शन गेन मीडियम

विभिन्न बैंडगैप वाले अर्धचालक पदार्थों को मिलाकर, वाहकों और फोटॉनों को निर्दिष्ट क्षेत्रों में प्रभावी ढंग से सीमित किया जा सकता है, जिससे लाभ दक्षता बढ़ती है और थ्रेशोल्ड करंट कम होता है।

②क्वांटम वेल संरचनाएं

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

③क्वांटम डॉट संरचनाएं

स्व-संयोजन तकनीकों का उपयोग करके, शून्य-आयामी नैनोसंरचनाओं का निर्माण किया जाता है, जो ऊर्जा स्तर के सटीक वितरण को सुनिश्चित करती हैं। ये संरचनाएं बेहतर लाभ विशेषताएँ और तरंगदैर्ध्य स्थिरता प्रदान करती हैं, जिससे ये अगली पीढ़ी के उच्च-प्रदर्शन वाले अर्धचालक लेज़रों के लिए अनुसंधान का एक प्रमुख केंद्र बन जाती हैं।

4. गेन मीडियम क्या निर्धारित करता है?

①उत्सर्जन तरंगदैर्ध्य

पदार्थ का बैंडगैप लेजर की क्षमता निर्धारित करता है।'तरंगदैर्ध्य। उदाहरण के लिए, InGaAs निकट-अवरक्त लेजरों के लिए उपयुक्त है, जबकि InGaN का उपयोग नीले या बैंगनी लेजरों के लिए किया जाता है।

②दक्षता और शक्ति

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

③ऊष्मीय प्रदर्शन

विभिन्न पदार्थ तापमान में बदलाव के प्रति अलग-अलग तरह से प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे औद्योगिक और सैन्य वातावरण में लेजर की विश्वसनीयता प्रभावित होती है।

④मॉड्यूलेशन प्रतिक्रिया

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

5। उपसंहार

सेमीकंडक्टर लेजरों की जटिल संरचना में, गेन मीडियम ही वास्तव में इसका "हृदय" होता है।—लेजर उत्पन्न करने के साथ-साथ, गेन मीडियम इसके जीवनकाल, स्थिरता और अनुप्रयोग परिदृश्यों को भी प्रभावित करता है। सामग्री के चयन से लेकर संरचनात्मक डिजाइन तक, स्थूल प्रदर्शन से लेकर सूक्ष्म क्रियाविधियों तक, गेन मीडियम में हर नई प्रगति लेजर प्रौद्योगिकी को बेहतर प्रदर्शन, व्यापक अनुप्रयोगों और गहन अन्वेषण की ओर ले जा रही है।

सामग्री विज्ञान और नैनो-फैब्रिकेशन प्रौद्योगिकी में निरंतर प्रगति के साथ, भविष्य के गेन मीडियम से उच्च चमक, व्यापक तरंगदैर्ध्य कवरेज और बेहतर लेजर समाधान मिलने की उम्मीद है।—विज्ञान, उद्योग और समाज के लिए अधिक संभावनाओं के द्वार खोलना।