সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি একটি অর্ধপরিবাহী সক্রিয় মাধ্যমের উপর ভিত্তি করে কোয়ান্টাম জেনারেটর যেখানে মুক্ত অঞ্চলে চার্জ ক্যারিয়ারগুলির উচ্চ ঘনত্বে শক্তির স্তরগুলির মধ্যে একটি কোয়ান্টাম ট্রানজিশনের সময় উদ্দীপিত নির্গমনের মাধ্যমে অপটিক্যাল অ্যামপ্লিফিকেশন তৈরি করা হয়৷
সেমিকন্ডাক্টর লেজার: অপারেশনের নীতি
স্বাভাবিক অবস্থায়, বেশিরভাগ ইলেকট্রন ভ্যালেন্সি স্তরে অবস্থিত। যখন ফোটনগুলি বিচ্ছিন্নতা অঞ্চলের শক্তির চেয়ে বেশি শক্তি সরবরাহ করে, তখন সেমিকন্ডাক্টরের ইলেকট্রনগুলি উত্তেজনাপূর্ণ অবস্থায় আসে এবং নিষিদ্ধ অঞ্চলটি অতিক্রম করে, তার নীচের প্রান্তে কেন্দ্রীভূত হয়ে মুক্ত অঞ্চলে চলে যায়। একই সাথে, ভ্যালেন্স স্তরে গঠিত গর্তগুলি তার উপরের সীমানায় উঠে যায়। মুক্ত অঞ্চলের ইলেকট্রনগুলি গর্তের সাথে পুনরায় মিলিত হয়, ফোটনের আকারে বিচ্ছিন্নতা অঞ্চলের শক্তির সমান শক্তি বিকিরণ করে। পর্যাপ্ত শক্তির মাত্রা সহ ফোটন দ্বারা পুনর্মিলন উন্নত করা যেতে পারে। সাংখ্যিক বিবরণ ফার্মি বিতরণ ফাংশনের সাথে মিলে যায়।
ডিভাইস
সেমিকন্ডাক্টর লেজার ডিভাইসপি-এন-জাংশন জোনে ইলেকট্রন এবং গর্তের শক্তি দিয়ে পাম্প করা একটি লেজার ডায়োড - পি- এবং এন-টাইপ পরিবাহিতা সহ সেমিকন্ডাক্টরের যোগাযোগের বিন্দু। এছাড়াও, অপটিক্যাল এনার্জি সাপ্লাই সহ সেমিকন্ডাক্টর লেজার রয়েছে, যেখানে আলোর ফোটন শোষণ করে রশ্মি তৈরি হয়, সেইসাথে কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজার, যার অপারেশন ব্যান্ডের মধ্যে পরিবর্তনের উপর ভিত্তি করে।
কম্পোজিশন
অর্ধপরিবাহী লেজার এবং অন্যান্য অপটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইস উভয় ক্ষেত্রেই ব্যবহৃত স্ট্যান্ডার্ড সংযোগগুলি নিম্নরূপ:
- গ্যালিয়াম আর্সেনাইড;
- গ্যালিয়াম ফসফাইড;
- গ্যালিয়াম নাইট্রাইড;
- ইন্ডিয়াম ফসফাইড;
- ইন্ডিয়াম-গ্যালিয়াম আর্সেনাইড;
- গ্যালিয়াম অ্যালুমিনিয়াম আর্সেনাইড;
- গ্যালিয়াম-ইন্ডিয়াম আর্সেনাইড নাইট্রাইড;
- গ্যালিয়াম-ইন্ডিয়াম ফসফাইড।
তরঙ্গদৈর্ঘ্য
এই যৌগগুলি সরাসরি-গ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর। পরোক্ষ-ব্যবধান (সিলিকন) আলো পর্যাপ্ত শক্তি এবং দক্ষতার সাথে নির্গত হয় না। ডায়োড লেজার বিকিরণের তরঙ্গদৈর্ঘ্য একটি নির্দিষ্ট যৌগের বিচ্ছিন্নতা অঞ্চলের শক্তির সাথে ফোটন শক্তির আনুমানিক ডিগ্রির উপর নির্ভর করে। 3- এবং 4-কম্পোনেন্ট সেমিকন্ডাক্টর যৌগগুলিতে, বিচ্ছিন্নতা অঞ্চল শক্তি একটি বিস্তৃত পরিসরে ক্রমাগত পরিবর্তিত হতে পারে। AlGaAs=AlxGa1-x যেমন, উদাহরণস্বরূপ, অ্যালুমিনিয়াম সামগ্রীর বৃদ্ধি (x বৃদ্ধি) ফলে বিচ্ছিন্নতা অঞ্চলের শক্তি।
যদিও সবচেয়ে সাধারণ সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি কাছাকাছি ইনফ্রারেডে কাজ করে, কিছু কিছু লাল (ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম ফসফাইড), নীল বা বেগুনি (গ্যালিয়াম নাইট্রাইড) রঙ নির্গত করে।মধ্য-ইনফ্রারেড বিকিরণ সেমিকন্ডাক্টর লেজার (লিড সেলেনাইড) এবং কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজার দ্বারা উত্পাদিত হয়।
জৈব সেমিকন্ডাক্টর
উপরে উল্লিখিত অজৈব যৌগগুলি ছাড়াও, জৈবগুলিও ব্যবহার করা যেতে পারে। সংশ্লিষ্ট প্রযুক্তিটি এখনও বিকাশের অধীনে রয়েছে, তবে এর বিকাশ কোয়ান্টাম জেনারেটরগুলির উত্পাদন খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করার প্রতিশ্রুতি দেয়। এখনও অবধি, শুধুমাত্র অপটিক্যাল শক্তি সরবরাহ সহ জৈব লেজারগুলি তৈরি করা হয়েছে, এবং উচ্চ দক্ষ বৈদ্যুতিক পাম্পিং এখনও অর্জন করা যায়নি৷
জাত
অনেক সেমিকন্ডাক্টর লেজার তৈরি করা হয়েছে, পরামিতি এবং প্রয়োগ মানের মধ্যে ভিন্ন।
ছোট লেজার ডায়োডগুলি প্রান্ত বিকিরণের একটি উচ্চ-মানের রশ্মি তৈরি করে, যার শক্তি কয়েক থেকে পাঁচশো মিলিওয়াট পর্যন্ত। লেজার ডায়োড স্ফটিক একটি পাতলা আয়তক্ষেত্রাকার প্লেট যা একটি ওয়েভগাইড হিসাবে কাজ করে, যেহেতু বিকিরণটি একটি ছোট জায়গায় সীমাবদ্ধ। একটি বৃহৎ এলাকার একটি p-n জংশন তৈরি করতে স্ফটিকের উভয় পাশে ডোপ করা হয়। পালিশ করা প্রান্তগুলি একটি অপটিক্যাল ফ্যাব্রি-পেরোট রেজোনেটর তৈরি করে। রেজোনেটরের মধ্য দিয়ে যাওয়া একটি ফোটন পুনরায় সংমিশ্রণ ঘটাবে, বিকিরণ বৃদ্ধি পাবে এবং প্রজন্ম শুরু হবে। লেজার পয়েন্টার, সিডি এবং ডিভিডি প্লেয়ার এবং ফাইবার অপটিক যোগাযোগে ব্যবহৃত হয়।
লো-পাওয়ার মনোলিথিক লেজার এবং কোয়ান্টাম জেনারেটর সহ একটি বাহ্যিক রেজোনেটর সংক্ষিপ্ত ডাল তৈরি করতে মোড লকিং তৈরি করতে পারে।
লেজারএকটি বাহ্যিক অনুরণক সহ অর্ধপরিবাহী একটি লেজার ডায়োড নিয়ে গঠিত, যা একটি বৃহত্তর লেজার অনুরণন যন্ত্রের সংমিশ্রণে একটি পরিবর্ধক মাধ্যমের ভূমিকা পালন করে। তারা তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিবর্তন করতে সক্ষম এবং তাদের একটি সংকীর্ণ নির্গমন ব্যান্ড রয়েছে৷
ইনজেকশন সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির একটি প্রশস্ত ব্যান্ডের আকারে একটি নির্গমন অঞ্চল রয়েছে, এটি বেশ কয়েকটি ওয়াটের শক্তি সহ একটি নিম্ন-মানের মরীচি তৈরি করতে পারে। তারা p- এবং n-স্তরের মধ্যে অবস্থিত একটি পাতলা সক্রিয় স্তর নিয়ে গঠিত, একটি ডবল হেটারোজাংশন গঠন করে। পার্শ্বীয় দিকে আলো রাখার কোন ব্যবস্থা নেই, যার ফলে উচ্চ মরীচি উপবৃত্তাকার এবং অগ্রহণযোগ্যভাবে উচ্চ প্রান্তিক স্রোত হয়।
শক্তিশালী ডায়োড বার, ব্রডব্যান্ড ডায়োডের একটি অ্যারের সমন্বয়ে, দশ ওয়াট শক্তির সাথে মধ্যম মানের একটি মরীচি তৈরি করতে সক্ষম৷
ডায়োডের শক্তিশালী দ্বি-মাত্রিক অ্যারে শত শত এবং হাজার হাজার ওয়াটের শক্তি উৎপন্ন করতে পারে।
সারফেস এমিটিং লেজার (ভিসিএসইএল) প্লেটের সাথে লম্বভাবে বেশ কয়েকটি মিলিওয়াট শক্তি সহ একটি উচ্চ-মানের আলোর রশ্মি নির্গত করে। রেজোনেটর মিররগুলি বিকিরণ পৃষ্ঠের উপর ¼ তরঙ্গ দৈর্ঘ্যের স্তরগুলির আকারে বিভিন্ন প্রতিসরাঙ্ক সূচকের সাথে প্রয়োগ করা হয়। একটি একক চিপে কয়েকশো লেজার তৈরি করা যেতে পারে, যা ব্যাপক উৎপাদনের সম্ভাবনা উন্মুক্ত করে৷
অপটিক্যাল পাওয়ার সাপ্লাই এবং একটি বাহ্যিক রেজোনেটর সহ VECSEL লেজারগুলি মোড লকিংয়ে বেশ কয়েকটি ওয়াটের শক্তি সহ ভাল মানের একটি বিম তৈরি করতে সক্ষম৷
একটি সেমিকন্ডাক্টর লেজার কোয়ান্টামের অপারেশন-ক্যাসকেডের ধরনটি অঞ্চলগুলির মধ্যে পরিবর্তনের উপর ভিত্তি করে (আন্তর্জোনের বিপরীতে)। এই ডিভাইসগুলি মধ্য-ইনফ্রারেড অঞ্চলে নির্গত হয়, কখনও কখনও টেরাহার্টজ পরিসরে। এগুলি ব্যবহার করা হয়, উদাহরণস্বরূপ, গ্যাস বিশ্লেষক হিসাবে৷
সেমিকন্ডাক্টর লেজার: প্রয়োগ এবং প্রধান দিক
মাঝারি ভোল্টেজে উচ্চ-দক্ষতা বৈদ্যুতিক পাম্পিং সহ শক্তিশালী ডায়োড লেজারগুলি উচ্চ-দক্ষতা সলিড-স্টেট লেজারগুলিকে শক্তি দেওয়ার একটি উপায় হিসাবে ব্যবহৃত হয়।
সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি একটি বিস্তৃত ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে কাজ করতে পারে, যার মধ্যে বর্ণালীর দৃশ্যমান, কাছাকাছি-ইনফ্রারেড এবং মধ্য-ইনফ্রারেড অংশগুলি অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। ডিভাইসগুলি তৈরি করা হয়েছে যা আপনাকে নির্গমনের ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তন করতে দেয়৷
লেজার ডায়োডগুলি দ্রুত অপটিক্যাল শক্তি পরিবর্তন এবং পরিবর্তন করতে পারে, যা ফাইবার অপটিক ট্রান্সমিটারে প্রয়োগ খুঁজে পায়৷
এই ধরনের বৈশিষ্ট্যগুলি সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলিকে প্রযুক্তিগতভাবে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ধরণের কোয়ান্টাম জেনারেটর করে তুলেছে। তারা প্রযোজ্য:
- টেলিমেট্রি সেন্সর, পাইরোমিটার, অপটিক্যাল অল্টিমিটার, রেঞ্জফাইন্ডার, দর্শনীয় স্থান, হলোগ্রাফিতে;
- অপটিক্যাল ট্রান্সমিশন এবং ডেটা স্টোরেজের ফাইবার অপটিক সিস্টেমে, সুসংগত যোগাযোগ ব্যবস্থা;
- লেজার প্রিন্টার, ভিডিও প্রজেক্টর, পয়েন্টার, বারকোড স্ক্যানার, ইমেজ স্ক্যানার, সিডি প্লেয়ার (ডিভিডি, সিডি, ব্লু-রে);
- নিরাপত্তা সিস্টেমে, কোয়ান্টাম ক্রিপ্টোগ্রাফি, অটোমেশন, সূচক;
- অপটিক্যাল মেট্রোলজি এবং স্পেকট্রোস্কোপিতে;
- সার্জারি, ডেন্টিস্ট্রি, কসমেটোলজি, থেরাপি;
- জল চিকিত্সার জন্য,উপকরণ প্রক্রিয়াকরণ, সলিড-স্টেট লেজার পাম্পিং, রাসায়নিক বিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ, শিল্প বাছাই, শিল্প প্রকৌশল, ইগনিশন সিস্টেম, বায়ু প্রতিরক্ষা ব্যবস্থা।
পালস আউটপুট
অধিকাংশ সেমিকন্ডাক্টর লেজার একটি অবিচ্ছিন্ন মরীচি তৈরি করে। পরিবাহী স্তরে ইলেক্ট্রনগুলির স্বল্প বসবাসের সময়ের কারণে, তারা Q-সুইচড ডাল তৈরির জন্য খুব উপযুক্ত নয়, তবে অপারেশনের আধা-নিরবিচ্ছিন্ন মোড কোয়ান্টাম জেনারেটরের শক্তিতে উল্লেখযোগ্য বৃদ্ধির অনুমতি দেয়। এছাড়াও, সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি মোড লকিং বা গেইন সুইচিং সহ আল্ট্রাশর্ট ডাল তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। ছোট ডালের গড় শক্তি সাধারণত কয়েক মিলিওয়াটের মধ্যে সীমাবদ্ধ থাকে, অপটিক্যালি পাম্প করা VECSEL লেজারগুলি বাদ দিয়ে, যার আউটপুট মাল্টি-ওয়াট পিকোসেকেন্ড ডাল দ্বারা পরিমাপ করা হয় দশ গিগাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সি সহ।
মডুলেশন এবং স্থিতিশীলতা
পরিবাহী ব্যান্ডে একটি ইলেক্ট্রনের সংক্ষিপ্ত থাকার সুবিধা হল সেমিকন্ডাক্টর লেজারের উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি মডুলেশনের ক্ষমতা, যা VCSEL লেজারের জন্য 10 GHz ছাড়িয়ে যায়। এটি অপটিক্যাল ডেটা ট্রান্সমিশন, স্পেকট্রোস্কোপি, লেজার স্টেবিলাইজেশনে প্রয়োগ পেয়েছে।
