अर्धचालक लेजर के हो?

सन् १९६२ मा विश्वको पहिलो अर्धचालक लेजरको आविष्कार भएदेखि, सेमीकन्डक्टर लेजरले अन्य विज्ञान र प्रविधिको विकासमा ठूलो परिवर्तन ल्याएको छ, र बीसौं शताब्दीको सबैभन्दा ठूलो मानव आविष्कार मध्ये एक मानिन्छ। विगत दश वर्षमा, अर्धचालक लेजरहरू अझ छिटो विकास भएका छन् र संसारमा सबैभन्दा छिटो बढ्दो लेजर प्रविधि भएका छन्। अर्धचालक लेजरहरूको आवेदन दायराले ओप्टोइलेक्ट्रोनिक्सको सम्पूर्ण क्षेत्रलाई समेट्छ र आजको अप्टोइलेक्ट्रोनिक्स विज्ञानको मुख्य प्रविधि भएको छ। सानो आकार, सरल संरचना, कम इनपुट ऊर्जा, लामो जीवन, सजिलो मोडुलन र कम मूल्यको फाइदाहरूको कारण, सेमीकन्डक्टर लेजरहरू ओप्टोइलेक्ट्रोनिक्सको क्षेत्रमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ र विश्वभरका देशहरूद्वारा उच्च मूल्याङ्कन गरिएको छ।

अर्धचालक लेजर
A अर्धचालक लेजरएक लघु लेजर हो जसले काम गर्ने पदार्थको रूपमा प्रत्यक्ष ब्यान्ड ग्याप सेमीकन्डक्टर सामग्रीबाट बनेको Pn जंक्शन वा पिन जंक्शन प्रयोग गर्दछ। त्यहाँ दर्जनौं अर्धचालक लेजर काम गर्ने सामग्रीहरू छन्। लेजरहरूमा बनाइएका अर्धचालक पदार्थहरूमा ग्यालियम आर्सेनाइड, इन्डियम आर्सेनाइड, इन्डियम एन्टिमोनाइड, क्याडमियम सल्फाइड, क्याडमियम टेलुराइड, लेड सेलेनाइड, लेड टेलुराइड, एल्युमिनियम ग्यालियम आर्सेनाइड, इन्डियम फस्फोरस, आर्सेनिक आदि समावेश छन्। लेजरहरू, अर्थात् इलेक्ट्रिक इन्जेक्शन प्रकार, अप्टिकल पम्प प्रकार र उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रोन बीम उत्तेजना प्रकार। अधिकांश अर्धचालक लेजरहरूको उत्तेजना विधि विद्युतीय इंजेक्शन हो, त्यो हो, जंक्शन प्लेन क्षेत्रमा उत्तेजित उत्सर्जन उत्पन्न गर्न Pn जंक्शनमा अगाडि भोल्टेज लागू गरिन्छ, अर्थात्, अगाडि-पक्षपाती डायोड। त्यसैले, अर्धचालक लेजरहरूलाई अर्धचालक लेजर डायोड पनि भनिन्छ। सेमीकन्डक्टरहरूका लागि, इलेक्ट्रोनहरू अलग ऊर्जा स्तरहरूको सट्टा ऊर्जा ब्यान्डहरू बीचको संक्रमणबाट, संक्रमण ऊर्जा निश्चित मान होइन, जसले अर्धचालक लेजरहरूको आउटपुट तरंगदैर्ध्यलाई फराकिलो दायरामा फैलाउँछ। दायरा मा। तिनीहरूले उत्सर्जन गर्ने तरंग लम्बाइ ०.३ र ३४ ¼m बीचको हुन्छ। तरंगदैर्ध्य दायरा प्रयोग गरिएको सामग्रीको ऊर्जा ब्यान्ड ग्यापद्वारा निर्धारण गरिन्छ। सबैभन्दा सामान्य AlGaAs डबल हेटेरोजंक्शन लेजर हो, जसको आउटपुट तरंगदैर्ध्य 750-890 nm छ।
सेमीकन्डक्टर लेजर फेब्रिकेसन टेक्नोलोजीले डिफ्युजन विधिबाट लिक्विड फेज एपिटेक्सी (LPE), भाप फेज एपिटेक्सी (VPE), आणविक बीम एपिटेक्सी (MBE), MOCVD विधि (मेटल अर्गानिक कम्पाउन्ड वाष्प निक्षेप), केमिकल बीम एपिटेक्सी (CBE) सम्मको अनुभव गरेको छ। र तिनीहरूका विभिन्न संयोजनहरू। सेमीकन्डक्टर लेजरहरूको सबैभन्दा ठूलो बेफाइदा यो हो कि लेजरको कार्यसम्पादन तापक्रमले धेरै प्रभावित हुन्छ, र बीमको विचलन कोण ठूलो हुन्छ (सामान्यतया केही डिग्री र 20 डिग्रीको बीचमा), त्यसैले यो डाइरेक्टिभिटी, मोनोक्रोमेटिकिटी र सुसंगततामा कमजोर छ। यद्यपि, विज्ञान र प्रविधिको द्रुत विकासको साथ, अर्धचालक लेजरहरूको अनुसन्धान गहिराइको दिशामा अगाडि बढिरहेको छ, र सेमीकन्डक्टर लेजरहरूको कार्यसम्पादनमा निरन्तर सुधार भइरहेको छ। अर्धचालक लेजर कोरको रूपमा अर्धचालक ओप्टोइलेक्ट्रोनिक टेक्नोलोजीले ठूलो प्रगति गर्नेछ र 21 औं शताब्दीको सूचना समाजमा ठूलो भूमिका खेल्नेछ।

अर्धचालक लेजरहरूले कसरी काम गर्छ?
A अर्धचालक लेजरएक सुसंगत विकिरण स्रोत हो। यसलाई लेजर प्रकाश उत्पन्न गर्न, तीन आधारभूत सर्तहरू पूरा गर्नुपर्छ:
1. लाभ अवस्था: लेसिङ माध्यम (सक्रिय क्षेत्र) मा वाहकहरूको उल्टो वितरण स्थापित छ। सेमीकन्डक्टरमा, इलेक्ट्रोन ऊर्जा प्रतिनिधित्व गर्ने ऊर्जा ब्यान्ड ऊर्जा स्तरहरूको एक श्रृंखलाबाट बनेको हुन्छ जुन निरन्तरको नजिक हुन्छ। तसर्थ, सेमीकन्डक्टरमा जनसङ्ख्या उल्टोपन हासिल गर्न, उच्च-ऊर्जा अवस्थाको कन्डक्शन ब्यान्डको फेदमा रहेको इलेक्ट्रोनहरूको संख्या न्यून-ऊर्जाको भ्यालेन्स ब्यान्डको शीर्षमा रहेको प्वालहरूको संख्या भन्दा धेरै ठूलो हुनुपर्छ। दुई ऊर्जा ब्यान्ड क्षेत्रहरू बीचको अवस्था। हेटरोजंक्शनलाई कम ऊर्जा भएको भ्यालेन्स ब्यान्डबाट उच्च ऊर्जाको साथ कन्डक्शन ब्यान्डमा इलेक्ट्रोनहरू उत्तेजित गर्न सक्रिय तहमा आवश्यक क्यारियरहरू इन्जेक्सन गर्न पक्षपातपूर्ण हुन्छ। उत्तेजित उत्सर्जन तब हुन्छ जब जनसंख्या उल्टो स्थितिमा ठूलो संख्यामा इलेक्ट्रोनहरू प्वालहरूसँग पुन: संयोजित हुन्छन्।
2. वास्तवमा सुसंगत उत्तेजित विकिरण प्राप्त गर्न, उत्तेजित विकिरण लेजर दोलन को रूप मा अप्टिकल रेजोनेटर मा धेरै पटक फिर्ता फिड गर्नुपर्छ। लेजर रेजोनेटर सेमीकन्डक्टर क्रिस्टलको प्राकृतिक क्लीभेज सतहबाट ऐनाको रूपमा बनाइन्छ, सामान्यतया अन्तमा प्रकाश उत्सर्जन नगर्ने उच्च-प्रतिबिम्ब बहुपरत डाइलेक्ट्रिक फिल्मको साथ लेपित हुन्छ, र प्रकाश उत्सर्जन गर्ने सतहलाई एन्टि-रिफ्लेसनको साथ लेपित गरिन्छ। प्रतिबिम्ब फिल्म। F-p cavity (Fabry-Perot cavity) अर्धचालक लेजरको लागि, P-n जंक्शन प्लेनमा क्रिस्टल लम्बको प्राकृतिक क्लीभेज प्लेन प्रयोग गरेर F-p गुहा सजिलैसँग गठन गर्न सकिन्छ।
3. स्थिर दोलन बनाउनको लागि, लेजर माध्यमले रेजोनेटरको कारणले हुने अप्टिकल हानि र गुफाको सतहबाट लेजर आउटपुटको कारणले गर्दा हुने नोक्सानको लागि क्षतिपूर्ति गर्न पर्याप्त ठूलो लाभ प्रदान गर्न सक्षम हुनुपर्छ, र निरन्तर। गुहामा अप्टिकल क्षेत्र बढाउनुहोस्। यसको लागि पर्याप्त बलियो वर्तमान इन्जेक्सन चाहिन्छ, त्यो हो, त्यहाँ पर्याप्त जनसंख्या उल्टो छ, जनसंख्या उल्टोपनको उच्च डिग्री, प्राप्त हुने ठूलो लाभ, त्यो हो, एक निश्चित वर्तमान थ्रेसहोल्ड अवस्था पूरा हुनुपर्छ। जब लेजर थ्रेसहोल्डमा पुग्छ, एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्यको प्रकाश गुहामा प्रतिध्वनित हुन सक्छ र विस्तारित हुन सक्छ, र अन्तमा लेजर बनाउँछ र निरन्तर रूपमा आउटपुट हुन्छ। यो देख्न सकिन्छ कि सेमीकन्डक्टर लेजरहरूमा, इलेक्ट्रोन र प्वालहरूको द्विध्रुवीय संक्रमण प्रकाश उत्सर्जन र प्रकाश प्रवर्धनको आधारभूत प्रक्रिया हो। नयाँ अर्धचालक लेजरहरूको लागि, यो हाल क्वान्टम कुवाहरू अर्धचालक लेजरहरूको विकासको लागि आधारभूत ड्राइभिङ बल हो भनेर मान्यता प्राप्त छ। क्वान्टम तारहरू र क्वान्टम डटहरूले क्वान्टम प्रभावहरूको पूर्ण फाइदा लिन सक्छन् कि छैनन् भन्ने कुरा यस शताब्दीसम्म विस्तार गरिएको छ। वैज्ञानिकहरूले विभिन्न सामग्रीहरूमा क्वान्टम डटहरू बनाउन स्व-संगठित संरचनाहरू प्रयोग गर्ने प्रयास गरेका छन्, र GaInN क्वान्टम डटहरू अर्धचालक लेजरहरूमा प्रयोग गरिएको छ।

सेमीकन्डक्टर लेजरहरूको विकास इतिहास
दअर्धचालक लेजरहरूप्रारम्भिक 1960 को होमोजंक्शन लेजरहरू थिए, जुन एक सामग्रीमा निर्मित pn जंक्शन डायोडहरू थिए। अगाडि ठूलो वर्तमान इंजेक्शन अन्तर्गत, इलेक्ट्रोनहरू लगातार p क्षेत्रमा इन्जेक्ट गरिन्छ, र प्वालहरू लगातार n क्षेत्रमा इंजेक्शन गरिन्छ। तसर्थ, वाहक वितरणको उल्टो मूल pn जंक्शन घटाउने क्षेत्रमा महसुस हुन्छ। इलेक्ट्रोनहरूको माइग्रेसन गति प्वालहरूको भन्दा छिटो भएकोले, सक्रिय क्षेत्रमा विकिरण र पुन: संयोजन हुन्छ, र प्रतिदीप्ति उत्सर्जित हुन्छ। lasing, एक अर्धचालक लेजर जसले दालहरूमा मात्र काम गर्न सक्छ। अर्धचालक लेजरहरूको विकासको दोस्रो चरण हेटेरोस्ट्रक्चर सेमीकन्डक्टर लेजर हो, जुन GaAs र GaAlAs जस्ता विभिन्न ब्यान्ड ग्यापहरूसँग अर्धचालक सामग्रीको दुई पातलो तहहरू मिलेर बनेको छ, र एकल हेटरोस्ट्रक्चर लेजर पहिलो पटक देखा पर्यो (1969)। सिंगल हेटेरोजंक्शन इन्जेक्शन लेजर (SHLD) GaAsP-N जंक्शनको p क्षेत्र भित्र छ थ्रेशोल्ड वर्तमान घनत्व कम गर्न, जुन homojunction लेजर भन्दा कम परिमाणको आदेश हो, तर एकल heterojunction लेजर अझै पनि निरन्तर काम गर्न सक्दैन। कोठाको तापक्रम।
1970 को दशकको अन्त्यदेखि, अर्धचालक लेजरहरू स्पष्ट रूपमा दुई दिशामा विकसित भएका छन्, एउटा सूचना प्रसारण गर्ने उद्देश्यको लागि जानकारी-आधारित लेजर हो, र अर्को अप्टिकल शक्ति बढाउनको उद्देश्यको लागि पावर-आधारित लेजर हो। पम्प्ड सॉलिड-स्टेट लेजरहरू, उच्च-शक्ति सेमिकन्डक्टर लेजरहरू (100mw भन्दा बढीको निरन्तर उत्पादन शक्ति र 5W भन्दा बढीको पल्स आउटपुट पावरलाई उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजरहरू भन्न सकिन्छ) जस्ता अनुप्रयोगहरूद्वारा संचालित।
1990 को दशकमा, एक सफलता बनाइएको थियो, जुन सेमीकन्डक्टर लेजरहरूको उत्पादन शक्तिमा उल्लेखनीय वृद्धि, विदेशमा किलोवाट स्तरमा उच्च-शक्ति सेमीकन्डक्टर लेजरहरूको व्यावसायीकरण, र घरेलु नमूना यन्त्रहरूको आउटपुट 600W सम्म पुग्यो। लेजर ब्यान्डको विस्तारको परिप्रेक्ष्यमा, पहिलो इन्फ्रारेड सेमीकन्डक्टर लेजरहरू, त्यसपछि 670nm रातो अर्धचालक लेजरहरू, व्यापक रूपमा प्रयोग गरियो। त्यसपछि, 650nm र 635nm को तरंग लम्बाइको आगमनको साथ, नीलो-हरियो र नीलो-प्रकाश अर्धचालक लेजरहरू पनि सफलतापूर्वक एक पछि अर्को विकसित गरियो। 10mW को अर्डरको बैजनी र पराबैंगनी सेमीकन्डक्टर लेजरहरू पनि विकास भइरहेको छ। सतह-उत्सर्जक लेजरहरू र ठाडो-गुहा सतह-उत्सर्जक लेजरहरू 1990 को दशकको अन्तमा द्रुत रूपमा विकसित भएका छन्, र सुपर-समानान्तर ओप्टोइलेक्ट्रोनिक्समा विभिन्न प्रकारका अनुप्रयोगहरू विचार गरिएको छ। 980nm, 850nm र 780nm उपकरणहरू पहिले नै अप्टिकल प्रणालीहरूमा व्यावहारिक छन्। हाल, गीगाबिट इथरनेटको उच्च-गति नेटवर्कहरूमा ठाडो गुहा सतह उत्सर्जन गर्ने लेजरहरू प्रयोग गरिएको छ।

अर्धचालक लेजरहरूको आवेदन
अर्धचालक लेजरहरू लेजरहरूको एक वर्ग हो जुन पहिले परिपक्व हुन्छ र छिटो प्रगति हुन्छ। तिनीहरूको फराकिलो तरंगदैर्ध्य दायरा, सरल उत्पादन, कम लागत, र सजिलो ठूलो उत्पादनको कारण, र तिनीहरूको सानो आकार, हल्का तौल, र लामो जीवनको कारण, तिनीहरूको प्रजाति र अनुप्रयोगहरूमा द्रुत विकास हुन्छ। विस्तृत दायरा, हाल 300 भन्दा बढी प्रजातिहरू।

1. उद्योग र प्रविधि मा आवेदन
1) अप्टिकल फाइबर संचार।अर्धचालक लेजरअप्टिकल फाइबर संचार प्रणाली को लागी एक मात्र व्यावहारिक प्रकाश स्रोत हो, र अप्टिकल फाइबर संचार समकालीन संचार प्रविधि को मुख्यधारा भएको छ।
2) डिस्क पहुँच। सेमीकन्डक्टर लेजरहरू अप्टिकल डिस्क मेमोरीमा प्रयोग गरिएको छ, र यसको सबैभन्दा ठूलो फाइदा यो हो कि यसले ठूलो मात्रामा ध्वनि, पाठ र छवि जानकारी भण्डार गर्दछ। नीलो र हरियो लेजरहरूको प्रयोगले अप्टिकल डिस्कको भण्डारण घनत्वलाई धेरै सुधार गर्न सक्छ।
3) स्पेक्ट्रल विश्लेषण। टाढा-इन्फ्रारेड ट्युनेबल सेमीकन्डक्टर लेजरहरू परिवेश ग्यास विश्लेषण, वायु प्रदूषण, अटोमोबाइल निकास, आदिमा प्रयोग गरिएको छ। यो उद्योगमा वाष्प निक्षेपको प्रक्रियालाई निगरानी गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।
4) अप्टिकल जानकारी प्रशोधन। अर्धचालक लेजरहरू अप्टिकल सूचना प्रणालीहरूमा प्रयोग गरिएको छ। सतह-उत्सर्जक अर्धचालक लेजरहरूको दुई-आयामी एरेहरू अप्टिकल समानान्तर प्रशोधन प्रणालीहरूको लागि आदर्श प्रकाश स्रोत हुन्, जुन कम्प्युटर र अप्टिकल न्यूरल नेटवर्कहरूमा प्रयोग गरिनेछ।
5) लेजर माइक्रोफेब्रिकेसन। Q-स्विच गरिएको सेमीकन्डक्टर लेजरहरू द्वारा उत्पन्न उच्च-ऊर्जा अल्ट्रा-शर्ट लाइट पल्सहरूको मद्दतले, एकीकृत सर्किटहरू काट्न, पंच, आदि गर्न सकिन्छ।
6) लेजर अलार्म। सेमीकन्डक्टर लेजर अलार्महरू व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ, चोर अलार्महरू, पानी स्तर अलार्महरू, वाहन दूरी अलार्महरू, आदि सहित।
7) लेजर प्रिन्टर। लेजर प्रिन्टरहरूमा उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजरहरू प्रयोग गरिएको छ। नीलो र हरियो लेजरहरू प्रयोग गरेर मुद्रण गति र रिजोल्युसनमा धेरै सुधार गर्न सक्छ।
8) लेजर बारकोड स्क्यानर। सेमीकन्डक्टर लेजर बार कोड स्क्यानरहरू सामानको बिक्री, र पुस्तकहरू र अभिलेखहरूको व्यवस्थापनमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ।
9) ठोस राज्य लेजर पम्प। यो उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजरहरूको महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोग हो। मूल वायुमण्डल बत्ती प्रतिस्थापन गर्न यसलाई प्रयोग गरेर सबै-ठोस-राज्य लेजर प्रणाली बनाउन सक्छ।
10) उच्च परिभाषा लेजर टिभी। निकट भविष्यमा, रातो, नीलो र हरियो लेजरहरू प्रयोग गर्ने क्याथोड रे ट्युबहरू बिना अर्धचालक लेजर टिभीहरूले अवस्थित टिभीहरू भन्दा 20 प्रतिशत कम पावर खपत गर्ने अनुमान गरिएको छ।

2. चिकित्सा र जीवन विज्ञान अनुसन्धान मा आवेदन
1) लेजर सर्जरी।अर्धचालक लेजरहरूनरम ऊतक पृथक, ऊतक बन्धन, जमावट र वाष्पीकरण को लागी प्रयोग गरिएको छ। यो प्रविधि सामान्य शल्यक्रिया, प्लास्टिक सर्जरी, छालारोग, मूत्रविज्ञान, प्रसूति तथा स्त्री रोग आदिमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
2) लेजर डायनामिक थेरापी। ट्युमरको लागि आत्मीयता भएका फोटोसेन्सेटिभ पदार्थहरू क्यान्सर टिस्युमा चयन रूपमा जम्मा हुन्छन्, र क्यान्सरको तन्तुलाई सेमीकन्डक्टर लेजरले प्रतिक्रियाशील अक्सिजन प्रजातिहरू उत्पन्न गर्नको लागि विकिरण गरिन्छ, स्वस्थ तन्तुलाई नोक्सान नगरी यसलाई नेक्रोटिक बनाउनको लागि।
3) जीवन विज्ञान अनुसन्धान। को "अप्टिकल चिमटी" प्रयोग गर्दैअर्धचालक लेजरहरू, यो जीवित कोशिकाहरू वा क्रोमोजोमहरू कब्जा गर्न र तिनीहरूलाई कुनै पनि स्थितिमा सार्न सम्भव छ। यो सेल संश्लेषण र सेल अन्तरक्रिया अध्ययन प्रवर्द्धन गर्न प्रयोग गरिएको छ, र फोरेंसिक प्रमाण संग्रह को लागी एक निदान प्रविधि को रूप मा पनि प्रयोग गर्न सकिन्छ।