ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ટેકનોલોજીના ઝડપી વિકાસ સાથે, સેમિકન્ડક્ટર લેસરોનો ઉપયોગ ટેલિકોમ્યુનિકેશન, દવા, ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયા અને LiDAR જેવા વિવિધ ક્ષેત્રોમાં વ્યાપકપણે થવા લાગ્યો છે, જે તેમની ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, કોમ્પેક્ટ કદ અને મોડ્યુલેશનની સરળતાને કારણે છે. આ ટેકનોલોજીના મૂળમાં ગેઇન માધ્યમ રહેલું છે, જે એકદમ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. તે તરીકે સેવા આપે છે"ઉર્જા સ્ત્રોત"જે ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન અને લેસર જનરેશનને સક્ષમ કરે છે, લેસર નક્કી કરે છે'ની કામગીરી, તરંગલંબાઇ અને એપ્લિકેશન ક્ષમતા.
૧. લાભ માધ્યમ શું છે?
નામ સૂચવે છે તેમ, ગેઇન માધ્યમ એ એક સામગ્રી છે જે ઓપ્ટિકલ એમ્પ્લીફિકેશન પ્રદાન કરે છે. જ્યારે બાહ્ય ઉર્જા સ્ત્રોતો (જેમ કે ઇલેક્ટ્રિકલ ઇન્જેક્શન અથવા ઓપ્ટિકલ પમ્પિંગ) દ્વારા ઉત્તેજિત થાય છે, ત્યારે તે ઉત્તેજિત ઉત્સર્જનની પદ્ધતિ દ્વારા ઘટના પ્રકાશને વિસ્તૃત કરે છે, જે લેસર આઉટપુટ તરફ દોરી જાય છે.
સેમિકન્ડક્ટર લેસરોમાં, ગેઇન માધ્યમ સામાન્ય રીતે PN જંકશન પર સક્રિય પ્રદેશથી બનેલું હોય છે, જેની સામગ્રી રચના, માળખું અને ડોપિંગ પદ્ધતિઓ થ્રેશોલ્ડ પ્રવાહ, ઉત્સર્જન તરંગલંબાઇ, કાર્યક્ષમતા અને થર્મલ લાક્ષણિકતાઓ જેવા મુખ્ય પરિમાણોને સીધી અસર કરે છે.
2. સેમિકન્ડક્ટર લેસરોમાં સામાન્ય લાભ સામગ્રી
III-V કમ્પાઉન્ડ સેમિકન્ડક્ટર્સ સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી ગેઇન મટિરિયલ્સ છે. લાક્ષણિક ઉદાહરણોમાં શામેલ છે:
①GaAs (ગેલિયમ આર્સેનાઇડ)
850 માં ઉત્સર્જિત લેસર માટે યોગ્ય–૯૮૦ એનએમ રેન્જ, ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશન અને લેસર પ્રિન્ટીંગમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
②InP (ઇન્ડિયમ ફોસ્ફાઇડ)
ફાઇબર-ઓપ્ટિક સંચાર માટે મહત્વપૂર્ણ, 1.3 µm અને 1.55 µm બેન્ડમાં ઉત્સર્જન માટે વપરાય છે.
③InGaAsP / AlGaAs / InGaN
તેમની રચનાઓને વિવિધ તરંગલંબાઇ પ્રાપ્ત કરવા માટે ટ્યુન કરી શકાય છે, જે ટ્યુનેબલ-તરંગલંબાઇ લેસર ડિઝાઇન માટેનો આધાર બનાવે છે.
આ સામગ્રીઓમાં સામાન્ય રીતે ડાયરેક્ટ બેન્ડગેપ સ્ટ્રક્ચર હોય છે, જે તેમને ફોટોન ઉત્સર્જન સાથે ઇલેક્ટ્રોન-હોલ રિકોમ્બિનેશનમાં ખૂબ કાર્યક્ષમ બનાવે છે, જે સેમિકન્ડક્ટર લેસર ગેઇન માધ્યમમાં ઉપયોગ માટે આદર્શ છે.
3. ગેઇન સ્ટ્રક્ચર્સનો વિકાસ
જેમ જેમ ફેબ્રિકેશન ટેકનોલોજીઓ આગળ વધી છે, તેમ સેમિકન્ડક્ટર લેસરોમાં ગેઇન સ્ટ્રક્ચર્સ પ્રારંભિક હોમોજંક્શનથી હેટરોજંક્શન અને આગળ અદ્યતન ક્વોન્ટમ વેલ અને ક્વોન્ટમ ડોટ કન્ફિગરેશનમાં વિકસિત થયા છે.
①વિષમજંક્શન ગેઇન માધ્યમ
સેમિકન્ડક્ટર મટિરિયલ્સને વિવિધ બેન્ડગેપ્સ સાથે જોડીને, કેરિયર્સ અને ફોટોનને નિયુક્ત પ્રદેશોમાં અસરકારક રીતે મર્યાદિત કરી શકાય છે, જે ગેઇન કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરે છે અને થ્રેશોલ્ડ કરંટ ઘટાડે છે.
②ક્વોન્ટમ વેલ સ્ટ્રક્ચર્સ
સક્રિય પ્રદેશની જાડાઈને નેનોમીટર સ્કેલ સુધી ઘટાડીને, ઇલેક્ટ્રોન બે પરિમાણમાં બંધાયેલા છે, જે રેડિયેટિવ રિકોમ્બિનેશન કાર્યક્ષમતામાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે. આના પરિણામે નીચા થ્રેશોલ્ડ પ્રવાહો અને સારી થર્મલ સ્થિરતાવાળા લેસર મળે છે.
③ક્વોન્ટમ ડોટ સ્ટ્રક્ચર્સ
સ્વ-એસેમ્બલી તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને, શૂન્ય-પરિમાણીય નેનોસ્ટ્રક્ચર્સ બનાવવામાં આવે છે, જે તીવ્ર ઉર્જા સ્તર વિતરણ પ્રદાન કરે છે. આ માળખાં ઉન્નત લાભ લાક્ષણિકતાઓ અને તરંગલંબાઇ સ્થિરતા પ્રદાન કરે છે, જે તેમને આગામી પેઢીના ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સેમિકન્ડક્ટર લેસરો માટે સંશોધન કેન્દ્ર બનાવે છે.
4. ગેઇન મિડિયમ શું નક્કી કરે છે?
①ઉત્સર્જન તરંગલંબાઇ
સામગ્રીનો બેન્ડગેપ લેસર નક્કી કરે છે's તરંગલંબાઇ. ઉદાહરણ તરીકે, InGaAs નજીકના ઇન્ફ્રારેડ લેસરો માટે યોગ્ય છે, જ્યારે InGaN નો ઉપયોગ વાદળી અથવા વાયોલેટ લેસરો માટે થાય છે.
②કાર્યક્ષમતા અને શક્તિ
વાહક ગતિશીલતા અને બિન-રેડિએટિવ પુનઃસંયોજન દર ઓપ્ટિકલ-થી-વિદ્યુત રૂપાંતર કાર્યક્ષમતાને અસર કરે છે.
③થર્મલ પર્ફોર્મન્સ
વિવિધ સામગ્રી તાપમાનના ફેરફારોને વિવિધ રીતે પ્રતિભાવ આપે છે, જે ઔદ્યોગિક અને લશ્કરી વાતાવરણમાં લેસરની વિશ્વસનીયતાને પ્રભાવિત કરે છે.
④મોડ્યુલેશન પ્રતિભાવ
ગેઇન માધ્યમ લેસરને પ્રભાવિત કરે છે'પ્રતિભાવની ગતિ, જે હાઇ-સ્પીડ કોમ્યુનિકેશન એપ્લિકેશન્સમાં મહત્વપૂર્ણ છે.
૫. નિષ્કર્ષ
સેમિકન્ડક્ટર લેસરોની જટિલ રચનામાં, ગેઇન માધ્યમ ખરેખર તેનું "હૃદય" છે.-લેસર ઉત્પન્ન કરવા માટે જ નહીં, પરંતુ તેના જીવનકાળ, સ્થિરતા અને એપ્લિકેશન દૃશ્યોને પ્રભાવિત કરવા માટે પણ જવાબદાર છે. સામગ્રીની પસંદગીથી લઈને માળખાકીય ડિઝાઇન સુધી, મેક્રોસ્કોપિક કામગીરીથી લઈને માઇક્રોસ્કોપિક મિકેનિઝમ્સ સુધી, ગેઇન માધ્યમમાં દરેક સફળતા લેસર ટેકનોલોજીને વધુ સારી કામગીરી, વ્યાપક એપ્લિકેશનો અને ઊંડા સંશોધન તરફ દોરી રહી છે.
મટીરીયલ સાયન્સ અને નેનો-ફેબ્રિકેશન ટેકનોલોજીમાં ચાલી રહેલી પ્રગતિ સાથે, ભવિષ્યના ગેઇન માધ્યમમાં ઉચ્ચ તેજ, વ્યાપક તરંગલંબાઇ કવરેજ અને સ્માર્ટ લેસર સોલ્યુશન્સ લાવવાની અપેક્ષા છે.-વિજ્ઞાન, ઉદ્યોગ અને સમાજ માટે વધુ શક્યતાઓ ખોલે છે.
પોસ્ટ સમય: જુલાઈ-૧૭-૨૦૨૫