సెమీకండక్టర్ లేజర్ యొక్క పని సూత్రం మరియు ప్రధాన రకాలు

పని సూత్రం మరియు ప్రధాన రకాలుసెమీకండక్టర్ లేజర్

సెమీకండక్టర్లేజర్ డయోడ్‌లు, వాటి అధిక సామర్థ్యం, ​​సూక్ష్మీకరణ మరియు తరంగదైర్ఘ్య వైవిధ్యంతో, కమ్యూనికేషన్, వైద్య సంరక్షణ మరియు పారిశ్రామిక ప్రాసెసింగ్ వంటి రంగాలలో ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ టెక్నాలజీ యొక్క ప్రధాన భాగాలుగా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ఈ వ్యాసం సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల పని సూత్రం మరియు రకాలను మరింత పరిచయం చేస్తుంది, ఇది మెజారిటీ ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరిశోధకుల ఎంపిక సూచనకు అనుకూలమైనది.

1. సెమీకండక్టర్ లేజర్ల కాంతి-ఉద్గార సూత్రం

సెమీకండక్టర్ లేజర్ల యొక్క కాంతి ప్రకాశ సూత్రం బ్యాండ్ నిర్మాణం, ఎలక్ట్రానిక్ పరివర్తనాలు మరియు సెమీకండక్టర్ పదార్థాల ఉత్తేజిత ఉద్గారాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు బ్యాండ్‌గ్యాప్‌తో కూడిన ఒక రకమైన పదార్థం, ఇందులో వాలెన్స్ బ్యాండ్ మరియు కండక్షన్ బ్యాండ్ ఉంటాయి. పదార్థం గ్రౌండ్ స్థితిలో ఉన్నప్పుడు, ఎలక్ట్రాన్లు కండక్షన్ బ్యాండ్‌లో ఎలక్ట్రాన్లు లేనప్పుడు వాలెన్స్ బ్యాండ్‌ను నింపుతాయి. ఒక నిర్దిష్ట విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని బాహ్యంగా ప్రయోగించినప్పుడు లేదా కరెంట్ ఇంజెక్ట్ చేసినప్పుడు, కొన్ని ఎలక్ట్రాన్లు వాలెన్స్ బ్యాండ్ నుండి కండక్షన్ బ్యాండ్‌కు మారుతాయి, ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలను ఏర్పరుస్తాయి. శక్తి విడుదల ప్రక్రియలో, ఈ ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జతలను బాహ్య ప్రపంచం ప్రేరేపించినప్పుడు, ఫోటాన్లు, అంటే లేజర్‌లు ఉత్పత్తి అవుతాయి.

2. సెమీకండక్టర్ లేజర్ల ఉత్తేజిత పద్ధతులు

సెమీకండక్టర్ లేజర్లకు ప్రధానంగా మూడు ఉత్తేజిత పద్ధతులు ఉన్నాయి, అవి ఎలక్ట్రికల్ ఇంజెక్షన్ రకం, ఆప్టికల్ పంప్ రకం మరియు అధిక-శక్తి ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ ఉత్తేజిత రకం.

విద్యుత్తు ద్వారా ఇంజెక్ట్ చేయబడిన సెమీకండక్టర్ లేజర్లు: సాధారణంగా, అవి గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs), కాడ్మియం సల్ఫైడ్ (CdS), ఇండియం ఫాస్ఫైడ్ (InP), మరియు జింక్ సల్ఫైడ్ (ZnS) వంటి పదార్థాలతో తయారు చేయబడిన సెమీకండక్టర్ సర్ఫేస్-జంక్షన్ డయోడ్లు. అవి ఫార్వర్డ్ బయాస్ వెంట కరెంట్‌ను ఇంజెక్ట్ చేయడం ద్వారా ఉత్తేజితమవుతాయి, జంక్షన్ ప్లేన్ ప్రాంతంలో ఉత్తేజిత ఉద్గారాలను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.

ఆప్టికల్‌గా పంప్ చేయబడిన సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లు: సాధారణంగా, N-రకం లేదా P-రకం సెమీకండక్టర్ సింగిల్ క్రిస్టల్స్ (GaAS, InAs, InSb, మొదలైనవి) పని చేసే పదార్థంగా ఉపయోగించబడతాయి మరియులేజర్ఇతర లేజర్‌ల ద్వారా విడుదలయ్యే శక్తిని ఆప్టికల్‌గా పంప్ చేయబడిన ఉత్తేజితంగా ఉపయోగిస్తారు.

అధిక-శక్తి ఎలక్ట్రాన్ పుంజం-ఉత్తేజిత సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లు: సాధారణంగా, అవి N-రకం లేదా P-రకం సెమీకండక్టర్ సింగిల్ క్రిస్టల్‌లను (PbS,CdS,ZhO, మొదలైనవి) పని చేసే పదార్థంగా ఉపయోగిస్తాయి మరియు బయటి నుండి అధిక-శక్తి ఎలక్ట్రాన్ పుంజాన్ని ఇంజెక్ట్ చేయడం ద్వారా ఉత్తేజితమవుతాయి. సెమీకండక్టర్ లేజర్ పరికరాలలో, మెరుగైన పనితీరు మరియు విస్తృత అప్లికేషన్ కలిగినది డబుల్ హెటెరోస్ట్రక్చర్‌తో విద్యుత్తుగా ఇంజెక్ట్ చేయబడిన GaAs డయోడ్ లేజర్.

3. సెమీకండక్టర్ లేజర్ల యొక్క ప్రధాన రకాలు

సెమీకండక్టర్ లేజర్ యొక్క యాక్టివ్ రీజియన్ అనేది ఫోటాన్ ఉత్పత్తి మరియు విస్తరణకు ప్రధాన ప్రాంతం, మరియు దాని మందం కొన్ని మైక్రోమీటర్లు మాత్రమే. ఫోటాన్ల పార్శ్వ వ్యాప్తిని పరిమితం చేయడానికి మరియు శక్తి సాంద్రతను పెంచడానికి అంతర్గత వేవ్‌గైడ్ నిర్మాణాలు ఉపయోగించబడతాయి (రిడ్జ్ వేవ్‌గైడ్‌లు మరియు బరీడ్ హెటెరోజంక్షన్‌లు వంటివి). లేజర్ హీట్ సింక్ డిజైన్‌ను అవలంబిస్తుంది మరియు వేగవంతమైన ఉష్ణ వెదజల్లడం కోసం అధిక ఉష్ణ వాహకత పదార్థాలను (రాగి-టంగ్‌స్టన్ మిశ్రమం వంటివి) ఎంచుకుంటుంది, ఇది వేడెక్కడం వల్ల కలిగే తరంగదైర్ఘ్య ప్రవాహాన్ని నిరోధించగలదు. వాటి నిర్మాణం మరియు అనువర్తన దృశ్యాల ప్రకారం, సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లను ఈ క్రింది నాలుగు వర్గాలుగా వర్గీకరించవచ్చు:

ఎడ్జ్-ఎమిటింగ్ లేజర్ (EEL)

లేజర్ చిప్ వైపు ఉన్న క్లీవేజ్ ఉపరితలం నుండి అవుట్‌పుట్ అవుతుంది, ఇది ఒక దీర్ఘవృత్తాకార ప్రదేశాన్ని ఏర్పరుస్తుంది (సుమారు 30°×10° డైవర్జెన్స్ కోణంతో). సాధారణ తరంగదైర్ఘ్యాలలో 808nm (పంపింగ్ కోసం), 980 nm (కమ్యూనికేషన్ కోసం) మరియు 1550 nm (ఫైబర్ కమ్యూనికేషన్ కోసం) ఉన్నాయి. ఇది అధిక-శక్తి పారిశ్రామిక కట్టింగ్, ఫైబర్ లేజర్ పంపింగ్ మూలాలు మరియు ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాక్‌బోన్ నెట్‌వర్క్‌లలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

2. వర్టికల్ కేవిటీ సర్ఫేస్ ఎమిటింగ్ లేజర్ (VCSEL)

లేజర్ చిప్ యొక్క ఉపరితలానికి లంబంగా విడుదలవుతుంది, వృత్తాకార మరియు సుష్ట పుంజంతో (డైవర్జెన్స్ యాంగిల్ <15°). ఇది డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ బ్రాగ్ రిఫ్లెక్టర్ (DBR)ను అనుసంధానిస్తుంది, బాహ్య రిఫ్లెక్టర్ అవసరాన్ని తొలగిస్తుంది. ఇది 3D సెన్సింగ్ (మొబైల్ ఫోన్ ఫేస్ రికగ్నిషన్ వంటివి), షార్ట్-రేంజ్ ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ (డేటా సెంటర్లు) మరియు LiDARలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

3. క్వాంటం క్యాస్కేడ్ లేజర్ (QCL)

క్వాంటం వెల్స్ మధ్య ఎలక్ట్రాన్ల క్యాస్కేడ్ పరివర్తన ఆధారంగా, తరంగదైర్ఘ్యం జనాభా విలోమం అవసరం లేకుండా మధ్య నుండి దూర-పరారుణ పరిధిని (3-30 μm) కవర్ చేస్తుంది. ఫోటాన్లు ఇంటర్‌సబ్‌బ్యాండ్ పరివర్తనల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి మరియు సాధారణంగా గ్యాస్ సెన్సింగ్ (CO₂ డిటెక్షన్ వంటివి), టెరాహెర్ట్జ్ ఇమేజింగ్ మరియు పర్యావరణ పర్యవేక్షణ వంటి అనువర్తనాల్లో ఉపయోగించబడతాయి.

4. ట్యూనబుల్ లేజర్

ట్యూనబుల్ లేజర్ యొక్క బాహ్య కుహరం డిజైన్ (గ్రేటింగ్/ప్రిజం/MEMS మిర్రర్) ఇరుకైన లైన్ వెడల్పు (<100 kHz) మరియు అధిక సైడ్-మోడ్ తిరస్కరణ నిష్పత్తి (>50 dB)తో ±50 nm తరంగదైర్ఘ్య ట్యూనింగ్ పరిధిని సాధించగలదు. ఇది సాధారణంగా దట్టమైన తరంగదైర్ఘ్య డివిజన్ మల్టీప్లెక్సింగ్ (DWDM) కమ్యూనికేషన్, స్పెక్ట్రల్ విశ్లేషణ మరియు బయోమెడికల్ ఇమేజింగ్ వంటి అప్లికేషన్లలో ఉపయోగించబడుతుంది. సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లను కమ్యూనికేషన్ లేజర్ పరికరాలు, డిజిటల్ లేజర్ నిల్వ పరికరాలు, లేజర్ ప్రాసెసింగ్ పరికరాలు, లేజర్ మార్కింగ్ మరియు ప్యాకేజింగ్ పరికరాలు, లేజర్ టైప్‌సెట్టింగ్ మరియు ప్రింటింగ్, లేజర్ వైద్య పరికరాలు, లేజర్ దూరం మరియు కొలిమేషన్ డిటెక్షన్ సాధనాలు, వినోదం మరియు విద్య కోసం లేజర్ సాధనాలు మరియు పరికరాలు, లేజర్ భాగాలు మరియు భాగాలు మొదలైన వాటిలో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు. అవి లేజర్ పరిశ్రమ యొక్క ప్రధాన భాగాలకు చెందినవి. దాని విస్తృత శ్రేణి అప్లికేషన్ల కారణంగా, లేజర్‌ల యొక్క అనేక బ్రాండ్‌లు మరియు తయారీదారులు ఉన్నారు. ఎంపిక చేసుకునేటప్పుడు, అది నిర్దిష్ట అవసరాలు మరియు అప్లికేషన్ ఫీల్డ్‌లపై ఆధారపడి ఉండాలి. వేర్వేరు తయారీదారులు వివిధ రంగాలలో వేర్వేరు అప్లికేషన్‌లను కలిగి ఉంటారు మరియు తయారీదారులు మరియు లేజర్‌ల ఎంపిక ప్రాజెక్ట్ యొక్క వాస్తవ అప్లికేషన్ ఫీల్డ్ ప్రకారం చేయాలి.