సెమీకండక్టర్ లేజర్ యొక్క పని సూత్రం మరియు ప్రధాన రకాలు

పని సూత్రం మరియు ప్రధాన రకాలుసెమీకండక్టర్ లేజర్

సెమీకండక్టర్లేజర్ డయోడ్లువాటి అధిక సామర్థ్యం, ​​సూక్ష్మీకరణ మరియు తరంగదైర్ఘ్య వైవిధ్యం కారణంగా, ఇవి కమ్యూనికేషన్, వైద్య సంరక్షణ మరియు పారిశ్రామిక ప్రక్రియ వంటి రంగాలలో ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ టెక్నాలజీ యొక్క ప్రధాన భాగాలుగా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ఈ వ్యాసం సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల పని సూత్రం మరియు రకాలను మరింతగా పరిచయం చేస్తుంది, ఇది అధిక సంఖ్యలో ఉన్న ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరిశోధకులకు ఎంపిక సూచనగా సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది.

1. సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల కాంతి ఉద్గార సూత్రం

సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల యొక్క ప్రకాశ సూత్రం, సెమీకండక్టర్ పదార్థాల యొక్క బ్యాండ్ నిర్మాణం, ఎలక్ట్రానిక్ పరివర్తనాలు మరియు ప్రేరిత ఉద్గారంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు అనేవి బ్యాండ్‌గ్యాప్ కలిగిన ఒక రకమైన పదార్థాలు, వీటిలో వాలెన్స్ బ్యాండ్ మరియు కండక్షన్ బ్యాండ్ ఉంటాయి. పదార్థం గ్రౌండ్ స్టేట్‌లో ఉన్నప్పుడు, ఎలక్ట్రాన్‌లు వాలెన్స్ బ్యాండ్‌ను నింపుతాయి, అయితే కండక్షన్ బ్యాండ్‌లో ఎలక్ట్రాన్‌లు ఉండవు. ఒక నిర్దిష్ట విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని బాహ్యంగా ప్రయోగించినప్పుడు లేదా కరెంట్‌ను ప్రవేశపెట్టినప్పుడు, కొన్ని ఎలక్ట్రాన్‌లు వాలెన్స్ బ్యాండ్ నుండి కండక్షన్ బ్యాండ్‌కు పరివర్తనం చెంది, ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జంటలను ఏర్పరుస్తాయి. శక్తి విడుదల ప్రక్రియలో, ఈ ఎలక్ట్రాన్-హోల్ జంటలు బాహ్య ప్రపంచం ద్వారా ప్రేరేపించబడినప్పుడు, ఫోటాన్‌లు, అంటే లేజర్‌లు, ఉత్పత్తి అవుతాయి.

2. సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల ఉత్తేజ పద్ధతులు

సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల కోసం ప్రధానంగా మూడు ఉత్తేజ పద్ధతులు ఉన్నాయి, అవి విద్యుత్ ఇంజెక్షన్ రకం, ఆప్టికల్ పంప్ రకం మరియు అధిక-శక్తి ఎలక్ట్రాన్ పుంజం ఉత్తేజ రకం.

విద్యుత్ ద్వారా ప్రేరేపించబడిన సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లు: సాధారణంగా, ఇవి గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs), కాడ్మియం సల్ఫైడ్ (CdS), ఇండియం ఫాస్ఫైడ్ (InP), మరియు జింక్ సల్ఫైడ్ (ZnS) వంటి పదార్థాలతో తయారు చేయబడిన సెమీకండక్టర్ సర్ఫేస్-జంక్షన్ డయోడ్‌లు. ఫార్వర్డ్ బయాస్ దిశలో కరెంట్‌ను ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా ఇవి ఉత్తేజితమవుతాయి, దీనివల్ల జంక్షన్ ప్లేన్ ప్రాంతంలో ప్రేరిత ఉద్గారం ఉత్పత్తి అవుతుంది.

ఆప్టికల్లీ పంప్డ్ సెమీకండక్టర్ లేజర్లు: సాధారణంగా, N-రకం లేదా P-రకం సెమీకండక్టర్ సింగిల్ క్రిస్టల్స్ (GaAS, InAs, InSb మొదలైనవి) వర్కింగ్ సబ్‌స్టాన్స్‌గా ఉపయోగించబడతాయి, మరియులేజర్ఇతర లేజర్‌ల ద్వారా వెలువడే కాంతిని ఆప్టికల్లీ పంప్డ్ ఎక్సైటేషన్‌గా ఉపయోగిస్తారు.

అధిక-శక్తి ఎలక్ట్రాన్ పుంజం ద్వారా ఉత్తేజితమయ్యే సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లు: సాధారణంగా, ఇవి కూడా N-రకం లేదా P-రకం సెమీకండక్టర్ ఏక స్ఫటికాలను (ఉదాహరణకు PbS, CdS, ZhO, మొదలైనవి) క్రియాశీల పదార్థంగా ఉపయోగిస్తాయి మరియు బయటి నుండి అధిక-శక్తి ఎలక్ట్రాన్ పుంజాన్ని ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా ఉత్తేజితం చేయబడతాయి. సెమీకండక్టర్ లేజర్ పరికరాలలో, మెరుగైన పనితీరు మరియు విస్తృత అనువర్తనం కలిగినది డబుల్ హెటెరోస్ట్రక్చర్‌తో కూడిన ఎలక్ట్రికల్లీ ఇంజెక్టెడ్ GaAs డయోడ్ లేజర్.

3. ప్రధాన రకాల సెమీకండక్టర్ లేజర్లు

సెమీకండక్టర్ లేజర్ యొక్క యాక్టివ్ రీజియన్ అనేది ఫోటాన్ ఉత్పత్తి మరియు విస్తరణకు ప్రధాన కేంద్రం, మరియు దాని మందం కేవలం కొన్ని మైక్రోమీటర్లు మాత్రమే ఉంటుంది. ఫోటాన్‌ల పార్శ్వ వ్యాప్తిని పరిమితం చేయడానికి మరియు శక్తి సాంద్రతను పెంచడానికి అంతర్గత వేవ్‌గైడ్ నిర్మాణాలను (రిడ్జ్ వేవ్‌గైడ్‌లు మరియు బరీడ్ హెటెరోజంక్షన్‌ల వంటివి) ఉపయోగిస్తారు. లేజర్ హీట్ సింక్ డిజైన్‌ను అవలంబిస్తుంది మరియు వేగవంతమైన ఉష్ణ వెదజల్లుట కోసం అధిక ఉష్ణ వాహకత గల పదార్థాలను (రాగి-టంగ్‌స్టన్ మిశ్రమం వంటివి) ఎంచుకుంటుంది, ఇది అధిక వేడి కారణంగా తరంగదైర్ఘ్యంలో వచ్చే మార్పును నివారించగలదు. వాటి నిర్మాణం మరియు అనువర్తన సందర్భాలను బట్టి, సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లను ఈ క్రింది నాలుగు వర్గాలుగా వర్గీకరించవచ్చు:

ఎడ్జ్-ఎమిటింగ్ లేజర్ (EEL)

చిప్ యొక్క పక్కన ఉన్న చీలిక ఉపరితలం నుండి లేజర్ వెలువడి, ఒక దీర్ఘవృత్తాకార మచ్చను ఏర్పరుస్తుంది (దీని విచలన కోణం సుమారుగా 30°×10°). సాధారణ తరంగదైర్ఘ్యాలలో 808nm (పంపింగ్ కోసం), 980 nm (కమ్యూనికేషన్ కోసం), మరియు 1550 nm (ఫైబర్ కమ్యూనికేషన్ కోసం) ఉంటాయి. దీనిని అధిక-శక్తి పారిశ్రామిక కోత, ఫైబర్ లేజర్ పంపింగ్ వనరులు, మరియు ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ బ్యాక్‌బోన్ నెట్‌వర్క్‌లలో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు.

2. వర్టికల్ క్యావిటీ సర్ఫేస్ ఎమిటింగ్ లేజర్ (VCSEL)

లేజర్, చిప్ ఉపరితలానికి లంబంగా, వృత్తాకార మరియు సౌష్టవ పుంజంతో (విచలన కోణం <15°) ప్రసరిస్తుంది. ఇది డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ బ్రాగ్ రిఫ్లెక్టర్ (DBR)ను అనుసంధానిస్తుంది, దీనివల్ల బాహ్య రిఫ్లెక్టర్ అవసరం ఉండదు. దీనిని 3D సెన్సింగ్ (మొబైల్ ఫోన్ ముఖ గుర్తింపు వంటివి), స్వల్ప-శ్రేణి ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్ (డేటా సెంటర్లు), మరియు LiDAR లలో విస్తృతంగా ఉపయోగిస్తారు.

3. క్వాంటం కాస్కేడ్ లేజర్ (QCL)

క్వాంటం వెల్స్ మధ్య ఎలక్ట్రాన్ల కాస్కేడ్ పరివర్తన ఆధారంగా, పాపులేషన్ ఇన్వర్షన్ అవసరం లేకుండా తరంగదైర్ఘ్యం మధ్య-నుండి-సుదూర-పరారుణ పరిధిని (3-30 μm) కవర్ చేస్తుంది. ఫోటాన్లు ఇంటర్‌సబ్‌బ్యాండ్ పరివర్తనల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడతాయి మరియు సాధారణంగా గ్యాస్ సెన్సింగ్ (CO₂ గుర్తింపు వంటివి), టెరాహెర్ట్జ్ ఇమేజింగ్ మరియు పర్యావరణ పర్యవేక్షణ వంటి అనువర్తనాలలో ఉపయోగించబడతాయి.

4. ట్యూనబుల్ లేజర్

ట్యూనబుల్ లేజర్ యొక్క బాహ్య కావిటీ డిజైన్ (గ్రేటింగ్/ప్రిజం/MEMS మిర్రర్) ±50 nm తరంగదైర్ఘ్య ట్యూనింగ్ పరిధిని, ఇరుకైన లైన్‌విడ్త్ (<100 kHz) మరియు అధిక సైడ్-మోడ్ రిజెక్షన్ రేషియో (>50 dB)తో సాధించగలదు. ఇది సాధారణంగా డెన్స్ వేవ్‌లెంగ్త్ డివిజన్ మల్టిప్లెక్సింగ్ (DWDM) కమ్యూనికేషన్, స్పెక్ట్రల్ అనాలిసిస్ మరియు బయోమెడికల్ ఇమేజింగ్ వంటి అనువర్తనాలలో ఉపయోగించబడుతుంది. సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లు కమ్యూనికేషన్ లేజర్ పరికరాలు, డిజిటల్ లేజర్ స్టోరేజ్ పరికరాలు, లేజర్ ప్రాసెసింగ్ పరికరాలు, లేజర్ మార్కింగ్ మరియు ప్యాకేజింగ్ పరికరాలు, లేజర్ టైప్‌సెట్టింగ్ మరియు ప్రింటింగ్, లేజర్ వైద్య పరికరాలు, లేజర్ దూరం మరియు కొలిమేషన్ డిటెక్షన్ పరికరాలు, వినోదం మరియు విద్య కోసం లేజర్ పరికరాలు మరియు సామగ్రి, లేజర్ భాగాలు మరియు విడిభాగాలు మొదలైన వాటిలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడతాయి. ఇవి లేజర్ పరిశ్రమ యొక్క ప్రధాన భాగాలకు చెందినవి. దీని విస్తృత శ్రేణి అనువర్తనాల కారణంగా, లేజర్‌లకు అనేక బ్రాండ్లు మరియు తయారీదారులు ఉన్నారు. ఎంపిక చేసుకునేటప్పుడు, అది నిర్దిష్ట అవసరాలు మరియు అనువర్తన రంగాలపై ఆధారపడి ఉండాలి. వేర్వేరు తయారీదారులకు వివిధ రంగాలలో వేర్వేరు అనువర్తనాలు ఉంటాయి, మరియు తయారీదారులు మరియు లేజర్‌ల ఎంపిక ప్రాజెక్ట్ యొక్క వాస్తవ అనువర్తన రంగానికి అనుగుణంగా చేయాలి.