ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक तंत्रज्ञानाच्या जलद प्रगतीसह, सेमीकंडक्टर लेसरचा वापर दूरसंचार, औषध, औद्योगिक प्रक्रिया आणि LiDAR सारख्या विविध क्षेत्रात मोठ्या प्रमाणावर होऊ लागला आहे, त्यांची उच्च कार्यक्षमता, कॉम्पॅक्ट आकार आणि मॉड्युलेशनची सोय यामुळे. या तंत्रज्ञानाच्या गाभ्यामध्ये गेन माध्यम आहे, जे अत्यंत महत्त्वाची भूमिका बजावते. ते म्हणून काम करते"ऊर्जा स्रोत"जे उत्तेजित उत्सर्जन आणि लेसर निर्मिती सक्षम करते, लेसर निश्चित करते'चे कार्यप्रदर्शन, तरंगलांबी आणि अनुप्रयोग क्षमता.
१. नफा मिळवण्याचे माध्यम म्हणजे काय?
नावाप्रमाणेच, गेन माध्यम हे एक असे साहित्य आहे जे ऑप्टिकल प्रवर्धन प्रदान करते. बाह्य ऊर्जा स्रोतांद्वारे (जसे की इलेक्ट्रिकल इंजेक्शन किंवा ऑप्टिकल पंपिंग) उत्तेजित झाल्यावर, ते उत्तेजित उत्सर्जनाच्या यंत्रणेद्वारे आपाती प्रकाशाचे प्रवर्धन करते, ज्यामुळे लेसर आउटपुट होतो.
सेमीकंडक्टर लेसरमध्ये, गेन माध्यम सामान्यत: पीएन जंक्शनवरील सक्रिय प्रदेशापासून बनलेले असते, ज्याची सामग्री रचना, रचना आणि डोपिंग पद्धती थेट थ्रेशोल्ड करंट, उत्सर्जन तरंगलांबी, कार्यक्षमता आणि थर्मल वैशिष्ट्ये यासारख्या प्रमुख पॅरामीटर्सवर परिणाम करतात.
२. सेमीकंडक्टर लेसरमध्ये कॉमन गेन मटेरियल्स
III-V कंपाऊंड सेमीकंडक्टर हे सर्वात जास्त वापरले जाणारे गेन मटेरियल आहेत. ठराविक उदाहरणांमध्ये हे समाविष्ट आहे:
①GaAs (गॅलियम आर्सेनाइड)
८५० मध्ये उत्सर्जित होणाऱ्या लेसरसाठी योग्य–९८० एनएम श्रेणी, ऑप्टिकल कम्युनिकेशन्स आणि लेसर प्रिंटिंगमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाते.
②इनपी (इंडियम फॉस्फाइड)
फायबर-ऑप्टिक संप्रेषणासाठी महत्त्वपूर्ण असलेल्या १.३ µm आणि १.५५ µm बँडमध्ये उत्सर्जनासाठी वापरले जाते.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
त्यांच्या रचना वेगवेगळ्या तरंगलांबी साध्य करण्यासाठी ट्यून केल्या जाऊ शकतात, ज्यामुळे ट्यून करण्यायोग्य-तरंगलांबी लेसर डिझाइनसाठी आधार तयार होतो.
या पदार्थांमध्ये सामान्यत: थेट बँडगॅप संरचना असतात, ज्यामुळे ते फोटॉन उत्सर्जनासह इलेक्ट्रॉन-होल पुनर्संयोजनात अत्यंत कार्यक्षम बनतात, जे सेमीकंडक्टर लेसर गेन माध्यमात वापरण्यासाठी आदर्श आहेत.
३. लाभ संरचनांची उत्क्रांती
फॅब्रिकेशन तंत्रज्ञानात प्रगती होत असताना, सेमीकंडक्टर लेसरमधील गेन स्ट्रक्चर्स सुरुवातीच्या होमोजंक्शनपासून हेटेरोजंक्शनपर्यंत आणि पुढे प्रगत क्वांटम वेल आणि क्वांटम डॉट कॉन्फिगरेशनपर्यंत विकसित झाले आहेत.
①विषमजंक्शन गेन मध्यम
वेगवेगळ्या बँडगॅप्ससह अर्धसंवाहक पदार्थांचे संयोजन करून, वाहक आणि फोटॉन प्रभावीपणे नियुक्त केलेल्या प्रदेशांमध्ये मर्यादित केले जाऊ शकतात, ज्यामुळे लाभ कार्यक्षमता वाढते आणि थ्रेशोल्ड करंट कमी होतो.
②क्वांटम वेल स्ट्रक्चर्स
सक्रिय प्रदेशाची जाडी नॅनोमीटर स्केलपर्यंत कमी करून, इलेक्ट्रॉन दोन आयामांमध्ये मर्यादित केले जातात, ज्यामुळे रेडिएटिव्ह रीकॉम्बिनेशन कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या वाढते. यामुळे कमी थ्रेशोल्ड करंट आणि चांगली थर्मल स्थिरता असलेले लेसर मिळतात.
③क्वांटम डॉट स्ट्रक्चर्स
स्वयं-असेंबली तंत्रांचा वापर करून, शून्य-आयामी नॅनोस्ट्रक्चर्स तयार केले जातात, जे तीव्र ऊर्जा पातळी वितरण प्रदान करतात. या संरचना वाढीव लाभ वैशिष्ट्ये आणि तरंगलांबी स्थिरता देतात, ज्यामुळे ते पुढील पिढीतील उच्च-कार्यक्षमता अर्धसंवाहक लेसरसाठी संशोधन केंद्र बनतात.
४. नफा माध्यम काय ठरवते?
①उत्सर्जन तरंगलांबी
मटेरियलचा बँडगॅप लेसर ठरवतो's तरंगलांबी. उदाहरणार्थ, InGaAs जवळ-अवरक्त लेसरसाठी योग्य आहे, तर InGaN निळ्या किंवा जांभळ्या लेसरसाठी वापरले जाते.
②कार्यक्षमता आणि शक्ती
वाहक गतिशीलता आणि रेडिएटिव्ह नसलेले पुनर्संयोजन दर ऑप्टिकल-ते-विद्युत रूपांतरण कार्यक्षमतेवर परिणाम करतात.
③थर्मल कामगिरी
वेगवेगळे पदार्थ तापमानातील बदलांना वेगवेगळ्या प्रकारे प्रतिसाद देतात, ज्यामुळे औद्योगिक आणि लष्करी वातावरणात लेसरची विश्वासार्हता प्रभावित होते.
④मॉड्युलेशन प्रतिसाद
लाभ माध्यम लेसरवर परिणाम करते'प्रतिसादाची गती, जी हाय-स्पीड कम्युनिकेशन अनुप्रयोगांमध्ये महत्त्वाची आहे.
५. निष्कर्ष
सेमीकंडक्टर लेसरच्या जटिल रचनेत, गेन माध्यम खरोखरच त्याचे "हृदय" आहे.—लेसर निर्मितीसाठीच नव्हे तर त्याच्या आयुष्यमान, स्थिरता आणि अनुप्रयोग परिस्थितींवर प्रभाव पाडण्यासाठी देखील जबाबदार आहे. मटेरियल सिलेक्शनपासून स्ट्रक्चरल डिझाइनपर्यंत, मॅक्रोस्कोपिक कामगिरीपासून ते मायक्रोस्कोपिक मेकॅनिझमपर्यंत, गेन मीडियममधील प्रत्येक प्रगती लेसर तंत्रज्ञानाला अधिक कार्यक्षमता, व्यापक अनुप्रयोग आणि सखोल अन्वेषणाकडे नेत आहे.
मटेरियल सायन्स आणि नॅनो-फॅब्रिकेशन तंत्रज्ञानातील सततच्या प्रगतीमुळे, भविष्यातील गेन माध्यम उच्च ब्राइटनेस, विस्तृत तरंगलांबी कव्हरेज आणि स्मार्ट लेसर सोल्यूशन्स आणेल अशी अपेक्षा आहे.—विज्ञान, उद्योग आणि समाजासाठी अधिक शक्यता उघडत आहे.
पोस्ट वेळ: जुलै-१७-२०२५