کام کرنے والے اصول اور سیمی کنڈکٹر لیزر کی اہم اقسام

کام کرنے کے اصول اور اہم اقسامسیمی کنڈکٹر لیزر

سیمی کنڈکٹرلیزر ڈایڈسان کی اعلی کارکردگی، چھوٹی موجوں اور طول موج کے تنوع کے ساتھ، مواصلات، طبی نگہداشت اور صنعتی پروسیسنگ جیسے شعبوں میں آپٹو الیکٹرانک ٹیکنالوجی کے بنیادی اجزاء کے طور پر وسیع پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ یہ مضمون مزید کام کرنے والے اصول اور سیمی کنڈکٹر لیزرز کی اقسام کو متعارف کراتا ہے، جو آپٹو الیکٹرانک محققین کی اکثریت کے انتخاب کے حوالے سے آسان ہے۔

1. سیمی کنڈکٹر لیزرز کا روشنی خارج کرنے والا اصول

سیمی کنڈکٹر لیزرز کے luminescence اصول بینڈ کی ساخت، الیکٹرانک ٹرانزیشن اور سیمی کنڈکٹر مواد کے محرک اخراج پر مبنی ہے۔ سیمی کنڈکٹر مواد ایک قسم کا مواد ہے جس میں بینڈ گیپ ہوتا ہے، جس میں والینس بینڈ اور کنڈکشن بینڈ شامل ہوتا ہے۔ جب مواد زمینی حالت میں ہوتا ہے تو الیکٹران والینس بینڈ کو بھر دیتے ہیں جبکہ کنڈکشن بینڈ میں کوئی الیکٹران نہیں ہوتا ہے۔ جب ایک مخصوص الیکٹرک فیلڈ کو بیرونی طور پر لگایا جاتا ہے یا کرنٹ لگایا جاتا ہے، تو کچھ الیکٹران والینس بینڈ سے کنڈکشن بینڈ میں منتقل ہوتے ہیں، الیکٹران ہول کے جوڑے بنتے ہیں۔ توانائی کے اخراج کے عمل کے دوران، جب یہ الیکٹران ہول جوڑے بیرونی دنیا سے متحرک ہوں گے، تو فوٹون، یعنی لیزرز، پیدا ہوں گے۔

2. سیمی کنڈکٹر لیزرز کے حوصلہ افزائی کے طریقے

سیمی کنڈکٹر لیزرز کے لیے بنیادی طور پر تین جوش کے طریقے ہیں، یعنی الیکٹریکل انجیکشن کی قسم، آپٹیکل پمپ کی قسم اور ہائی انرجی الیکٹران بیم ایکسائٹیشن کی قسم۔

برقی طور پر انجیکشن والے سیمی کنڈکٹر لیزرز: عام طور پر، وہ گیلیم آرسنائیڈ (GaAs)، کیڈمیم سلفائیڈ (CdS)، انڈیم فاسفائیڈ (InP)، اور زنک سلفائیڈ (ZnS) جیسے مواد سے بنے سیمی کنڈکٹر سطح کے جنکشن ڈائیوڈ ہوتے ہیں۔ وہ فارورڈ بائیس کے ساتھ کرنٹ لگا کر، جنکشن ہوائی علاقے میں محرک اخراج پیدا کر کے پرجوش ہوتے ہیں۔

آپٹیکل پمپڈ سیمی کنڈکٹر لیزرز: عام طور پر، N-type یا P-type سیمی کنڈکٹر سنگل کرسٹل (جیسے GaAS, InAs, InSb، وغیرہ) کام کرنے والے مادہ کے طور پر استعمال ہوتے ہیں، اورلیزردوسرے لیزرز کے ذریعہ خارج ہونے والے کو آپٹیکل پمپ شدہ جوش کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔

ہائی انرجی الیکٹران بیم پرجوش سیمی کنڈکٹر لیزرز: عام طور پر، وہ N-type یا P-type سیمی کنڈکٹر سنگل کرسٹل (جیسے PbS, CdS, ZhO، وغیرہ) کو کام کرنے والے مادہ کے طور پر بھی استعمال کرتے ہیں اور باہر سے ہائی انرجی الیکٹران بیم کو انجیکشن لگا کر پرجوش ہوتے ہیں۔ سیمی کنڈکٹر لیزر آلات میں، بہتر کارکردگی اور وسیع تر ایپلی کیشن کے ساتھ ایک ڈبل ہیٹرو سٹرکچر کے ساتھ الیکٹرک طور پر انجکشن شدہ GaAs ڈائیوڈ لیزر ہے۔

3. سیمی کنڈکٹر لیزرز کی اہم اقسام

سیمی کنڈکٹر لیزر کا ایکٹیو ریجن فوٹوون جنریشن اور ایمپلیفیکیشن کا بنیادی علاقہ ہے اور اس کی موٹائی صرف چند مائکرو میٹر ہے۔ اندرونی ویو گائیڈ ڈھانچے کو فوٹون کے پس منظر کے پھیلاؤ کو محدود کرنے اور توانائی کی کثافت کو بڑھانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے (جیسے رج ویو گائیڈز اور دفن شدہ ہیٹروجنکشنز)۔ لیزر گرمی کے سنک کے ڈیزائن کو اپناتا ہے اور تیز حرارت کی کھپت کے لیے اعلی تھرمل چالکتا مواد (جیسے کاپر ٹنگسٹن مرکب) کا انتخاب کرتا ہے، جو زیادہ گرمی کی وجہ سے طول موج کے بڑھنے کو روک سکتا ہے۔ ان کی ساخت اور اطلاق کے منظرناموں کے مطابق، سیمی کنڈکٹر لیزرز کو درج ذیل چار زمروں میں درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔

ایج ایمیٹنگ لیزر (EEL)

لیزر چپ کے کنارے پر موجود کلیویج کی سطح سے نکلتا ہے، جو ایک بیضوی جگہ بناتا ہے (تقریباً 30° × 10° کے موڑ کے زاویے کے ساتھ)۔ عام طول موج میں 808nm (پمپنگ کے لیے)، 980 nm (مواصلات کے لیے) اور 1550 nm (فائبر مواصلات کے لیے) شامل ہیں۔ یہ بڑے پیمانے پر ہائی پاور انڈسٹریل کٹنگ، فائبر لیزر پمپنگ ذرائع اور آپٹیکل کمیونیکیشن بیک بون نیٹ ورکس میں استعمال ہوتا ہے۔

2. عمودی گہا سرفیس ایمیٹنگ لیزر (VCSEL)

لیزر ایک سرکلر اور سڈول بیم کے ساتھ چپ کی سطح پر کھڑے طور پر خارج ہوتا ہے (اختلاف زاویہ <15°)۔ یہ ایک ڈسٹری بیوٹڈ بریگ ریفلیکٹر (DBR) کو مربوط کرتا ہے، جس سے بیرونی ریفلیکٹر کی ضرورت ختم ہوجاتی ہے۔ یہ وسیع پیمانے پر 3D سینسنگ (جیسے موبائل فون کے چہرے کی شناخت)، شارٹ رینج آپٹیکل کمیونیکیشن (ڈیٹا سینٹرز) اور LiDAR میں استعمال ہوتا ہے۔

3. کوانٹم کیسکیڈ لیزر (QCL)

کوانٹم ویلز کے درمیان الیکٹران کی جھرن کی منتقلی کی بنیاد پر، طول موج آبادی کے الٹ جانے کی ضرورت کے بغیر، وسط سے دور اورکت رینج (3-30 μm) کا احاطہ کرتی ہے۔ فوٹون انٹرسبینڈ ٹرانزیشن کے ذریعے پیدا ہوتے ہیں اور عام طور پر گیس سینسنگ (جیسے CO₂ کا پتہ لگانے)، terahertz امیجنگ، اور ماحولیاتی نگرانی جیسے ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں۔

4. ٹیون ایبل لیزر

ٹیون ایبل لیزر کا ایکسٹرنل کیویٹی ڈیزائن (گریٹنگ/پرزم/MEMS آئینہ) ایک تنگ لائن وِتھ (<100 kHz) اور ہائی سائیڈ موڈ ریجیکشن ریشو (>50 dB) کے ساتھ ±50 nm کی طول موج کی ٹیوننگ رینج حاصل کر سکتا ہے۔ یہ عام طور پر ایپلی کیشنز میں استعمال کیا جاتا ہے جیسے گھنے طول موج ڈویژن ملٹی پلیکسنگ (DWDM) مواصلات، سپیکٹرل تجزیہ، اور بائیو میڈیکل امیجنگ۔ سیمی کنڈکٹر لیزر بڑے پیمانے پر مواصلاتی لیزر ڈیوائسز، ڈیجیٹل لیزر اسٹوریج ڈیوائسز، لیزر پروسیسنگ آلات، لیزر مارکنگ اور پیکیجنگ کا سامان، لیزر ٹائپ سیٹنگ اور پرنٹنگ، لیزر میڈیکل آلات، لیزر فاصلہ اور کولیمیشن کا پتہ لگانے کے آلات، لیزر آلات اور تفریح ​​اور تعلیم کے لیے آلات، لیزر کے اجزاء اور پرزے وغیرہ میں استعمال ہوتے ہیں۔ ایپلی کیشنز کی وسیع رینج کی وجہ سے، لیزرز کے متعدد برانڈز اور مینوفیکچررز موجود ہیں۔ انتخاب کرتے وقت، یہ مخصوص ضروریات اور درخواست کے شعبوں پر مبنی ہونا چاہیے۔ مختلف مینوفیکچررز کے پاس مختلف شعبوں میں مختلف ایپلی کیشنز ہیں، اور مینوفیکچررز اور لیزرز کا انتخاب پروجیکٹ کے اصل ایپلی کیشن فیلڈ کے مطابق کیا جانا چاہیے۔