सेमीकंडक्टर लेसर म्हणजे काय?

1962 मध्ये जगातील पहिल्या सेमीकंडक्टर लेसरचा शोध लागल्यापासून, सेमीकंडक्टर लेसरमध्ये प्रचंड बदल झाले आहेत, ज्याने इतर विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या विकासाला मोठ्या प्रमाणात प्रोत्साहन दिले आहे आणि विसाव्या शतकातील सर्वात महान मानवी शोधांपैकी एक मानला जातो. गेल्या दहा वर्षांत, सेमीकंडक्टर लेसर अधिक वेगाने विकसित झाले आहेत आणि जगातील सर्वात वेगाने वाढणारे लेसर तंत्रज्ञान बनले आहेत. सेमीकंडक्टर लेसरच्या अनुप्रयोग श्रेणीमध्ये ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्सच्या संपूर्ण क्षेत्राचा समावेश आहे आणि आजच्या ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स विज्ञानाचे मुख्य तंत्रज्ञान बनले आहे. लहान आकार, साधी रचना, कमी इनपुट ऊर्जा, दीर्घ आयुष्य, सुलभ मॉड्युलेशन आणि कमी किमतीच्या फायद्यांमुळे, सेमीकंडक्टर लेझर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्सच्या क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात आणि जगभरातील देशांनी त्यांचे खूप मूल्यवान केले आहे.

सेमीकंडक्टर लेसर
A सेमीकंडक्टर लेसरहे एक लघु लेसर आहे जे कार्यरत पदार्थ म्हणून डायरेक्ट बँड गॅप सेमीकंडक्टर सामग्रीचे बनलेले Pn जंक्शन किंवा पिन जंक्शन वापरते. डझनभर अर्धसंवाहक लेसर कार्यरत साहित्य आहेत. सेमीकंडक्टर मटेरियल ज्या लेझरमध्ये बनवले गेले आहे त्यात गॅलियम आर्सेनाइड, इंडियम आर्सेनाइड, इंडियम अँटीमोनाइड, कॅडमियम सल्फाइड, कॅडमियम टेल्युराइड, लीड सेलेनाइड, लीड टेल्युराइड, अॅल्युमिनियम गॅलियम आर्सेनाइड, इंडियम फॉस्फरस, आर्सेनिक इत्यादींचा समावेश आहे. अर्धसंवाहकांच्या तीन मुख्य पद्धती आहेत. लेसर, म्हणजे इलेक्ट्रिक इंजेक्शन प्रकार, ऑप्टिकल पंप प्रकार आणि उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम उत्तेजित प्रकार. बहुतेक सेमीकंडक्टर लेसरची उत्तेजित करण्याची पद्धत म्हणजे इलेक्ट्रिकल इंजेक्शन, म्हणजेच जंक्शन प्लेन प्रदेशात उत्तेजित उत्सर्जन करण्यासाठी Pn जंक्शनवर फॉरवर्ड व्होल्टेज लागू केला जातो, म्हणजेच फॉरवर्ड-बायस्ड डायोड. म्हणून, सेमीकंडक्टर लेसरला सेमीकंडक्टर लेसर डायोड देखील म्हणतात. सेमीकंडक्टरसाठी, वेगळ्या ऊर्जा पातळींऐवजी ऊर्जा बँड्समध्ये इलेक्ट्रॉन संक्रमण होत असल्याने, संक्रमण ऊर्जा निश्चित मूल्य नसते, ज्यामुळे सेमीकंडक्टर लेझरची आउटपुट तरंगलांबी विस्तृत श्रेणीमध्ये पसरते. श्रेणीवर. ते उत्सर्जित करणारी तरंगलांबी ०.३ आणि ३४ μm दरम्यान असते. तरंगलांबी श्रेणी वापरलेल्या सामग्रीच्या ऊर्जा बँड अंतराने निर्धारित केली जाते. सर्वात सामान्य AlGaAs दुहेरी हेटरोजंक्शन लेसर आहे, ज्याची आउटपुट तरंगलांबी 750-890 nm आहे.
सेमीकंडक्टर लेसर फॅब्रिकेशन तंत्रज्ञानाने डिफ्यूजन पद्धतीपासून लिक्विड फेज एपिटॅक्सी (एलपीई), व्हेपर फेज एपिटॅक्सी (व्हीपीई), मॉलिक्युलर बीम एपिटॅक्सी (एमबीई), एमओसीव्हीडी पद्धत (मेटल ऑर्गेनिक कंपाऊंड वाफ डिपॉझिशन), केमिकल बीम एपिटॅक्सी (सीबीई) पर्यंतचा अनुभव घेतला आहे. आणि त्यांचे विविध संयोजन. सेमीकंडक्टर लेसरचा सर्वात मोठा तोटा असा आहे की लेसरच्या कार्यक्षमतेवर तापमानाचा मोठ्या प्रमाणावर परिणाम होतो आणि बीमचा विचलन कोन मोठा असतो (सामान्यत: काही अंश आणि 20 अंशांच्या दरम्यान), त्यामुळे ते डायरेक्टिव्हिटी, मोनोक्रोमॅटिटी आणि सुसंगततेमध्ये खराब आहे. तथापि, विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या जलद विकासासह, सेमीकंडक्टर लेसरचे संशोधन खोलीच्या दिशेने प्रगती करत आहे आणि सेमीकंडक्टर लेसरची कार्यक्षमता सतत सुधारत आहे. सेमीकंडक्टर लेसरसह सेमीकंडक्टर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञान कोर म्हणून अधिक प्रगती करेल आणि 21 व्या शतकातील माहिती समाजात मोठी भूमिका बजावेल.

सेमीकंडक्टर लेसर कसे कार्य करतात?
A सेमीकंडक्टर लेसरएक सुसंगत रेडिएशन स्रोत आहे. लेसर प्रकाश निर्माण करण्यासाठी, तीन मूलभूत अटी पूर्ण केल्या पाहिजेत:
1. लाभ स्थिती: लेसिंग माध्यम (सक्रिय प्रदेश) मध्ये वाहकांचे उलथापालथ वितरण स्थापित केले आहे. सेमीकंडक्टरमध्ये, इलेक्ट्रॉन उर्जेचे प्रतिनिधित्व करणारा ऊर्जा बँड सततच्या जवळ असलेल्या ऊर्जा पातळीच्या मालिकेने बनलेला असतो. म्हणून, सेमीकंडक्टरमध्ये लोकसंख्या उलथापालथ साध्य करण्यासाठी, उच्च-ऊर्जा स्थितीच्या वहन बँडच्या तळाशी असलेल्या इलेक्ट्रॉनची संख्या कमी-ऊर्जेच्या व्हॅलेन्स बँडच्या शीर्षस्थानी असलेल्या छिद्रांच्या संख्येपेक्षा खूप मोठी असणे आवश्यक आहे. दोन ऊर्जा बँड क्षेत्रांमधील स्थिती. कमी उर्जा असलेल्या व्हॅलेन्स बँडपासून उच्च उर्जेसह वहन बँडकडे इलेक्ट्रॉन उत्तेजित करण्यासाठी सक्रिय स्तरामध्ये आवश्यक वाहक इंजेक्ट करण्यासाठी हेटरोजंक्शन फॉरवर्ड बायस्ड आहे. उत्तेजित उत्सर्जन तेव्हा होते जेव्हा लोकसंख्येच्या उलथापालथ स्थितीत मोठ्या संख्येने इलेक्ट्रॉन छिद्रांसह पुन्हा एकत्र होतात.
2. प्रत्यक्षात सुसंगत उत्तेजित रेडिएशन प्राप्त करण्यासाठी, लेसर दोलन तयार करण्यासाठी उत्तेजित रेडिएशन ऑप्टिकल रेझोनेटरमध्ये अनेक वेळा परत दिले जाणे आवश्यक आहे. लेसर रेझोनेटर अर्धसंवाहक क्रिस्टलच्या नैसर्गिक क्लीव्हेज पृष्ठभागाद्वारे आरशाप्रमाणे तयार होतो, सामान्यत: ज्या शेवटी प्रकाश उत्सर्जित होत नाही त्याला उच्च-प्रतिबिंबित मल्टीलेयर डायलेक्ट्रिक फिल्मने लेपित केले जाते आणि प्रकाश-उत्सर्जक पृष्ठभागावर अँटी-रिफ्लेक्शनसह लेपित केले जाते. प्रतिबिंब चित्रपट. F-p पोकळी (Fabry-Perot cavity) सेमीकंडक्टर लेसरसाठी, P-n जंक्शन प्लेनला लंब असलेल्या क्रिस्टलच्या नैसर्गिक क्लीवेज प्लेनचा वापर करून F-p पोकळी सहजपणे तयार केली जाऊ शकते.
3. स्थिर दोलन तयार करण्यासाठी, रेझोनेटरमुळे होणारे ऑप्टिकल नुकसान आणि पोकळीच्या पृष्ठभागावरून लेसर आउटपुट इत्यादीमुळे होणारे नुकसान भरून काढण्यासाठी लेसर माध्यम पुरेसे मोठे लाभ प्रदान करण्यास सक्षम असणे आवश्यक आहे, आणि सतत. पोकळीतील ऑप्टिकल फील्ड वाढवा. यासाठी पुरेसे सशक्त वर्तमान इंजेक्शन आवश्यक आहे, म्हणजे, पुरेशी लोकसंख्या उलथापालथ आहे, लोकसंख्येच्या उलथापालथाची डिग्री जितकी जास्त असेल तितका जास्त फायदा मिळेल, म्हणजेच, विशिष्ट वर्तमान थ्रेशोल्ड अट पूर्ण करणे आवश्यक आहे. जेव्हा लेसर उंबरठ्यावर पोहोचतो, तेव्हा विशिष्ट तरंगलांबी असलेला प्रकाश पोकळीत गुंजू शकतो आणि प्रवर्धित होऊ शकतो आणि शेवटी लेसर बनतो आणि सतत आउटपुट करतो. हे पाहिले जाऊ शकते की सेमीकंडक्टर लेसरमध्ये, इलेक्ट्रॉन आणि छिद्रांचे द्विध्रुवीय संक्रमण ही प्रकाश उत्सर्जन आणि प्रकाश प्रवर्धनाची मूलभूत प्रक्रिया आहे. नवीन सेमीकंडक्टर लेसरसाठी, हे सध्या ओळखले जाते की क्वांटम विहिरी ही अर्धसंवाहक लेसरच्या विकासासाठी मूलभूत प्रेरक शक्ती आहेत. क्वांटम वायर्स आणि क्वांटम डॉट्स क्वांटम इफेक्ट्सचा पूर्ण फायदा घेऊ शकतात की नाही हे या शतकापर्यंत वाढवले ​​गेले आहे. शास्त्रज्ञांनी विविध सामग्रीमध्ये क्वांटम डॉट्स तयार करण्यासाठी स्वयं-संघटित रचना वापरण्याचा प्रयत्न केला आहे आणि सेमीकंडक्टर लेसरमध्ये GaInN क्वांटम डॉट्स वापरण्यात आले आहेत.

सेमीकंडक्टर लेसरचा विकास इतिहास
दसेमीकंडक्टर लेसर1960 च्या सुरुवातीच्या काळात होमोजंक्शन लेसर होते, जे एका सामग्रीवर तयार केलेले pn जंक्शन डायोड होते. फॉरवर्ड लार्ज करंट इंजेक्शन अंतर्गत, p क्षेत्रामध्ये इलेक्ट्रॉन्स सतत इंजेक्ट केले जातात, आणि छिद्र सतत n क्षेत्रामध्ये इंजेक्शन केले जातात. म्हणून, मूळ pn जंक्शन कमी होण्याच्या प्रदेशात वाहक वितरणाचा उलथापालथ लक्षात येतो. इलेक्ट्रॉनच्या स्थलांतराचा वेग छिद्रांपेक्षा वेगवान असल्याने, सक्रिय प्रदेशात रेडिएशन आणि पुनर्संयोजन होते आणि प्रतिदीप्ति उत्सर्जित होते. लेसिंग, अर्धसंवाहक लेसर जे फक्त डाळींमध्ये काम करू शकते. सेमीकंडक्टर लेसरच्या विकासाचा दुसरा टप्पा म्हणजे हेटरोस्ट्रक्चर सेमीकंडक्टर लेसर, जे GaAs आणि GaAlAs सारख्या वेगवेगळ्या बँड गॅपसह अर्धसंवाहक साहित्याच्या दोन पातळ थरांनी बनलेले आहे आणि सिंगल हेटरोस्ट्रक्चर लेसर प्रथम दिसले (1969). थ्रेशोल्ड वर्तमान घनता कमी करण्यासाठी सिंगल हेटरोजंक्शन इंजेक्शन लेसर (एसएचएलडी) GaAsP-N जंक्शनच्या p क्षेत्रामध्ये आहे, जो होमोजंक्शन लेसरपेक्षा कमी परिमाणाचा क्रम आहे, परंतु सिंगल हेटरोजंक्शन लेसर अद्याप सतत काम करू शकत नाही. खोलीचे तापमान.
1970 च्या दशकाच्या उत्तरार्धापासून, अर्धसंवाहक लेसर स्पष्टपणे दोन दिशांनी विकसित झाले आहेत, एक माहिती प्रसारित करण्याच्या उद्देशाने माहिती-आधारित लेसर आहे आणि दुसरा ऑप्टिकल शक्ती वाढविण्याच्या उद्देशाने पॉवर-आधारित लेसर आहे. पंप केलेले सॉलिड-स्टेट लेसर, हाय-पॉवर सेमीकंडक्टर लेसर (100mw पेक्षा जास्त सतत आउटपुट पॉवर आणि 5W पेक्षा जास्त पल्स आउटपुट पॉवर याला हाय-पॉवर सेमीकंडक्टर लेसर म्हटले जाऊ शकते) यांसारख्या ऍप्लिकेशन्सद्वारे चालविले जाते.
1990 च्या दशकात, सेमीकंडक्टर लेसरच्या उत्पादन शक्तीमध्ये लक्षणीय वाढ, परदेशात किलोवॅट स्तरावर उच्च-पॉवर सेमीकंडक्टर लेसरचे व्यापारीकरण आणि देशांतर्गत नमुना उपकरणांचे उत्पादन 600W पर्यंत पोहोचल्याने एक प्रगती झाली. लेसर बँडच्या विस्ताराच्या दृष्टीकोनातून, प्रथम इन्फ्रारेड सेमीकंडक्टर लेसर, त्यानंतर 670nm रेड सेमीकंडक्टर लेसर, मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले. त्यानंतर, 650nm आणि 635nm च्या तरंगलांबीच्या आगमनाने, निळे-हिरवे आणि निळे-प्रकाश अर्धसंवाहक लेसर देखील यशस्वीरित्या एकामागून एक विकसित केले गेले. 10mW च्या ऑर्डरचे व्हायोलेट आणि अगदी अल्ट्राव्हायोलेट सेमीकंडक्टर लेसर देखील विकसित केले जात आहेत. पृष्ठभाग-उत्सर्जक लेसर आणि उभ्या-पोकळीचे पृष्ठभाग-उत्सर्जक लेसर 1990 च्या उत्तरार्धात वेगाने विकसित झाले आहेत आणि सुपर-समांतर ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्समधील विविध अनुप्रयोगांचा विचार केला गेला आहे. 980nm, 850nm आणि 780nm उपकरणे ऑप्टिकल प्रणालींमध्ये आधीपासूनच व्यावहारिक आहेत. सध्या, गीगाबिट इथरनेटच्या हाय-स्पीड नेटवर्कमध्ये उभ्या पोकळीच्या पृष्ठभागावर उत्सर्जित करणारे लेसर वापरले गेले आहेत.

सेमीकंडक्टर लेसरचे अनुप्रयोग
सेमीकंडक्टर लेसर हा लेसरचा एक वर्ग आहे जो लवकर परिपक्व होतो आणि वेगाने प्रगती करतो. त्यांची विस्तृत तरंगलांबी श्रेणी, साधे उत्पादन, कमी खर्च आणि सहज मोठ्या प्रमाणात उत्पादन, आणि त्यांचा लहान आकार, हलके वजन आणि दीर्घ आयुष्यामुळे, त्यांचा वाण आणि अनुप्रयोगांमध्ये जलद विकास होतो. विस्तृत श्रेणी, सध्या 300 पेक्षा जास्त प्रजाती.

1. उद्योग आणि तंत्रज्ञानातील अर्ज
1) ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन.सेमीकंडक्टर लेसरऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन सिस्टिमसाठी हा एकमेव व्यावहारिक प्रकाश स्रोत आहे आणि ऑप्टिकल फायबर कम्युनिकेशन हे समकालीन संप्रेषण तंत्रज्ञानाचा मुख्य प्रवाह बनले आहे.
2) डिस्क प्रवेश. सेमीकंडक्टर लेझर ऑप्टिकल डिस्क मेमरीमध्ये वापरले गेले आहेत आणि त्याचा सर्वात मोठा फायदा म्हणजे ते मोठ्या प्रमाणात ध्वनी, मजकूर आणि प्रतिमा माहिती संचयित करते. निळ्या आणि हिरव्या लेसरच्या वापरामुळे ऑप्टिकल डिस्क्सची साठवण घनता मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकते.
3) वर्णपट विश्लेषण. दूर-इन्फ्रारेड ट्यूनेबल सेमीकंडक्टर लेसरचा वापर वातावरणीय वायू विश्लेषण, वायू प्रदूषण, ऑटोमोबाईल एक्झॉस्ट इत्यादींवर केला गेला आहे. बाष्प जमा होण्याच्या प्रक्रियेवर लक्ष ठेवण्यासाठी ते उद्योगात वापरले जाऊ शकते.
4) ऑप्टिकल माहिती प्रक्रिया. ऑप्टिकल माहिती प्रणालीमध्ये सेमीकंडक्टर लेसरचा वापर केला गेला आहे. पृष्ठभाग-उत्सर्जक अर्धसंवाहक लेसरचे द्विमितीय अॅरे हे ऑप्टिकल समांतर प्रक्रिया प्रणालीसाठी आदर्श प्रकाश स्रोत आहेत, ज्याचा वापर संगणक आणि ऑप्टिकल न्यूरल नेटवर्कमध्ये केला जाईल.
5) लेसर मायक्रोफेब्रिकेशन. क्यू-स्विच केलेल्या सेमीकंडक्टर लेझर्सद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या उच्च-ऊर्जा अल्ट्रा-शॉर्ट लाइट पल्सच्या मदतीने, एकात्मिक सर्किट्स कट करणे, पंच करणे इ.
6) लेझर अलार्म. सेमीकंडक्टर लेसर अलार्म मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात, ज्यामध्ये बर्गलर अलार्म, वॉटर लेव्हल अलार्म, वाहन अंतर अलार्म इ.
7) लेझर प्रिंटर. लेसर प्रिंटरमध्ये हाय-पॉवर सेमीकंडक्टर लेझर वापरण्यात आले आहेत. निळ्या आणि हिरव्या लेसरचा वापर केल्याने मुद्रण गती आणि रिझोल्यूशन मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकते.
8) लेसर बारकोड स्कॅनर. सेमीकंडक्टर लेसर बार कोड स्कॅनर वस्तूंच्या विक्रीमध्ये आणि पुस्तके आणि संग्रहणांच्या व्यवस्थापनासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरले गेले आहेत.
9) पंप सॉलिड-स्टेट लेसर. हा हाय-पॉवर सेमीकंडक्टर लेसरचा एक महत्त्वाचा अनुप्रयोग आहे. मूळ वातावरणातील दिवा बदलण्यासाठी त्याचा वापर केल्याने सर्व-सॉलिड-स्टेट लेसर प्रणाली तयार होऊ शकते.
10) हाय डेफिनिशन लेझर टीव्ही. नजीकच्या भविष्यात, कॅथोड रे ट्यूब नसलेले सेमीकंडक्टर लेसर टीव्ही, जे लाल, निळे आणि हिरवे लेसर वापरतात, विद्यमान टीव्हीपेक्षा 20 टक्के कमी वीज वापरतील असा अंदाज आहे.

2. वैद्यकीय आणि जीवन विज्ञान संशोधनातील अनुप्रयोग
1) लेझर शस्त्रक्रिया.सेमीकंडक्टर लेसरसॉफ्ट टिश्यू ऍब्लेशन, टिश्यू बाँडिंग, कोग्युलेशन आणि बाष्पीभवन यासाठी वापरले जाते. हे तंत्र सामान्य शस्त्रक्रिया, प्लास्टिक सर्जरी, त्वचाविज्ञान, मूत्रविज्ञान, प्रसूती आणि स्त्रीरोग इत्यादींमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.
2) लेझर डायनॅमिक थेरपी. ट्यूमरशी आत्मीयता असलेले प्रकाशसंवेदनशील पदार्थ कर्करोगाच्या ऊतीमध्ये निवडकपणे जमा होतात आणि कर्करोगाच्या ऊतींना अर्धसंवाहक लेसरने विकिरणित केले जाते ज्यामुळे प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रजाती तयार केली जातात, निरोगी ऊतींना हानी न करता नेक्रोटिक बनविण्याचे उद्दिष्ट असते.
3) जीवन विज्ञान संशोधन. चे "ऑप्टिकल चिमटा" वापरणेसेमीकंडक्टर लेसर, जिवंत पेशी किंवा गुणसूत्र कॅप्चर करणे आणि त्यांना कोणत्याही स्थितीत हलवणे शक्य आहे. हे सेल संश्लेषण आणि सेल परस्परसंवाद अभ्यासांना प्रोत्साहन देण्यासाठी वापरले गेले आहे आणि फॉरेन्सिक पुरावे संकलनासाठी निदान तंत्रज्ञान म्हणून देखील वापरले जाऊ शकते.