సెమీకండక్టర్ లేజర్ల గుండె: గెయిన్ మీడియంపై లోతైన దృష్టి

ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ టెక్నాలజీ వేగంగా అభివృద్ధి చెందడంతో, సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లు వాటి అధిక సామర్థ్యం, ​​కాంపాక్ట్ పరిమాణం మరియు మాడ్యులేషన్ సౌలభ్యం కారణంగా టెలికమ్యూనికేషన్స్, మెడిసిన్, ఇండస్ట్రియల్ ప్రాసెసింగ్ మరియు LiDAR వంటి వివిధ రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ఈ సాంకేతికత యొక్క ప్రధాన భాగంలో గెయిన్ మీడియం ఉంది, ఇది చాలా ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుంది. ఇది పనిచేస్తుంది"శక్తి వనరు”ఇది ఉత్తేజిత ఉద్గారాన్ని మరియు లేజర్ ఉత్పత్తిని అనుమతిస్తుంది, లేజర్‌ను నిర్ణయిస్తుంది'పనితీరు, తరంగదైర్ఘ్యం మరియు అనువర్తన సామర్థ్యం.

1. గెయిన్ మీడియం అంటే ఏమిటి?

పేరు సూచించినట్లుగా, గెయిన్ మీడియం అనేది ఆప్టికల్ యాంప్లిఫికేషన్‌ను అందించే పదార్థం. బాహ్య శక్తి వనరుల ద్వారా (ఎలక్ట్రికల్ ఇంజెక్షన్ లేదా ఆప్టికల్ పంపింగ్ వంటివి) ఉత్తేజితమైనప్పుడు, అది ఉత్తేజిత ఉద్గార యంత్రాంగం ద్వారా సంఘటన కాంతిని విస్తరిస్తుంది, ఇది లేజర్ అవుట్‌పుట్‌కు దారితీస్తుంది.

సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లలో, గెయిన్ మీడియం సాధారణంగా PN జంక్షన్ వద్ద క్రియాశీల ప్రాంతంతో కూడి ఉంటుంది, దీని పదార్థ కూర్పు, నిర్మాణం మరియు డోపింగ్ పద్ధతులు థ్రెషోల్డ్ కరెంట్, ఉద్గార తరంగదైర్ఘ్యం, సామర్థ్యం మరియు ఉష్ణ లక్షణాలు వంటి కీలక పారామితులను నేరుగా ప్రభావితం చేస్తాయి.

2. సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లలో సాధారణ లాభ పదార్థాలు

III-V సమ్మేళన సెమీకండక్టర్లు సాధారణంగా ఉపయోగించే లాభదాయక పదార్థాలు. సాధారణ ఉదాహరణలు:

① (ఆంగ్లం)GaAs (గాలియం ఆర్సెనైడ్)

850 లో లేజర్‌లను విడుదల చేయడానికి అనుకూలం–980 nm పరిధి, ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్స్ మరియు లేజర్ ప్రింటింగ్‌లో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.

② (ఐదులు)InP (ఇండియం ఫాస్ఫైడ్)

1.3 µm మరియు 1.55 µm బ్యాండ్లలో ఉద్గారానికి ఉపయోగించబడుతుంది, ఫైబర్-ఆప్టిక్ కమ్యూనికేషన్లకు ఇది చాలా ముఖ్యమైనది.

③ ③ లుఇన్‌గాఎఎస్‌పి / అల్‌గాఎఎస్‌ / ఇన్‌గాఎన్‌

వాటి కూర్పులను వేర్వేరు తరంగదైర్ఘ్యాలను సాధించడానికి ట్యూన్ చేయవచ్చు, ఇది ట్యూనబుల్-తరంగదైర్ఘ్య లేజర్ డిజైన్లకు ఆధారం అవుతుంది.

ఈ పదార్థాలు సాధారణంగా ప్రత్యక్ష బ్యాండ్‌గ్యాప్ నిర్మాణాలను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి ఫోటాన్ ఉద్గారంతో ఎలక్ట్రాన్-హోల్ పునఃసంయోగంలో అత్యంత సమర్థవంతంగా పనిచేస్తాయి, సెమీకండక్టర్ లేజర్ గెయిన్ మీడియంలో ఉపయోగించడానికి అనువైనవి.

3. లాభ నిర్మాణాల పరిణామం

ఫాబ్రికేషన్ టెక్నాలజీలు పురోగమిస్తున్న కొద్దీ, సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లలోని గెయిన్ స్ట్రక్చర్‌లు ప్రారంభ హోమోజంక్షన్‌ల నుండి హెటెరోజంక్షన్‌లకు మరియు అధునాతన క్వాంటం బావి మరియు క్వాంటం డాట్ కాన్ఫిగరేషన్‌లకు పరిణామం చెందాయి.

① (ఆంగ్లం)హెటెరోజంక్షన్ గెయిన్ మీడియం

సెమీకండక్టర్ పదార్థాలను వేర్వేరు బ్యాండ్‌గ్యాప్‌లతో కలపడం ద్వారా, క్యారియర్‌లు మరియు ఫోటాన్‌లను నియమించబడిన ప్రాంతాలలో సమర్థవంతంగా పరిమితం చేయవచ్చు, గెయిన్ సామర్థ్యాన్ని పెంచుతుంది మరియు థ్రెషోల్డ్ కరెంట్‌ను తగ్గిస్తుంది.

② (ఐదులు)క్వాంటం బావి నిర్మాణాలు

క్రియాశీల ప్రాంతం యొక్క మందాన్ని నానోమీటర్ స్కేల్‌కు తగ్గించడం ద్వారా, ఎలక్ట్రాన్‌లు రెండు కోణాలలో పరిమితం చేయబడతాయి, రేడియేటివ్ రీకాంబినేషన్ సామర్థ్యాన్ని గణనీయంగా పెంచుతాయి. దీని ఫలితంగా తక్కువ థ్రెషోల్డ్ కరెంట్‌లు మరియు మెరుగైన ఉష్ణ స్థిరత్వంతో లేజర్‌లు ఏర్పడతాయి.

③ ③ లుక్వాంటం డాట్ నిర్మాణాలు

స్వీయ-అసెంబ్లీ పద్ధతులను ఉపయోగించి, జీరో-డైమెన్షనల్ నానోస్ట్రక్చర్లు ఏర్పడతాయి, ఇవి పదునైన శక్తి స్థాయి పంపిణీలను అందిస్తాయి. ఈ నిర్మాణాలు మెరుగైన లాభ లక్షణాలు మరియు తరంగదైర్ఘ్య స్థిరత్వాన్ని అందిస్తాయి, ఇవి తదుపరి తరం అధిక-పనితీరు గల సెమీకండక్టర్ లేజర్‌లకు పరిశోధన హాట్‌స్పాట్‌గా మారుతాయి.

4. లాభ మాధ్యమం ఏమి నిర్ణయిస్తుంది?

① (ఆంగ్లం)ఉద్గార తరంగదైర్ఘ్యం

పదార్థం యొక్క బ్యాండ్‌గ్యాప్ లేజర్‌ను నిర్ణయిస్తుంది's తరంగదైర్ఘ్యం. ఉదాహరణకు, InGaAs నియర్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ లేజర్‌లకు అనుకూలంగా ఉంటుంది, అయితే InGaN నీలం లేదా వైలెట్ లేజర్‌లకు ఉపయోగించబడుతుంది.

② (ఐదులు)సామర్థ్యం & శక్తి

క్యారియర్ మొబిలిటీ మరియు నాన్-రేడియేటివ్ రీకాంబినేషన్ రేట్లు ఆప్టికల్-టు-ఎలక్ట్రికల్ మార్పిడి సామర్థ్యాన్ని ప్రభావితం చేస్తాయి.

③ ③ లుఉష్ణ పనితీరు

వివిధ పదార్థాలు ఉష్ణోగ్రత మార్పులకు వివిధ మార్గాల్లో స్పందిస్తాయి, పారిశ్రామిక మరియు సైనిక వాతావరణాలలో లేజర్ విశ్వసనీయతను ప్రభావితం చేస్తాయి.

④ (④)మాడ్యులేషన్ ప్రతిస్పందన

గెయిన్ మీడియం లేజర్‌ను ప్రభావితం చేస్తుంది'హై-స్పీడ్ కమ్యూనికేషన్ అప్లికేషన్లలో కీలకమైన ప్రతిస్పందన వేగం.

5. ముగింపు

సెమీకండక్టర్ లేజర్ల సంక్లిష్ట నిర్మాణంలో, గెయిన్ మీడియం నిజంగా దాని "గుండె" లాంటిది.—లేజర్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి మాత్రమే కాకుండా దాని జీవితకాలం, స్థిరత్వం మరియు అనువర్తన దృశ్యాలను ప్రభావితం చేయడానికి కూడా బాధ్యత వహిస్తుంది. పదార్థ ఎంపిక నుండి నిర్మాణ రూపకల్పన వరకు, మాక్రోస్కోపిక్ పనితీరు నుండి మైక్రోస్కోపిక్ మెకానిజమ్‌ల వరకు, గెయిన్ మీడియంలో ప్రతి పురోగతి లేజర్ టెక్నాలజీని ఎక్కువ పనితీరు, విస్తృత అనువర్తనాలు మరియు లోతైన అన్వేషణ వైపు నడిపిస్తోంది.

మెటీరియల్ సైన్స్ మరియు నానో-ఫాబ్రికేషన్ టెక్నాలజీలో కొనసాగుతున్న పురోగతితో, భవిష్యత్ గెయిన్ మీడియం అధిక ప్రకాశం, విస్తృత తరంగదైర్ఘ్యం కవరేజ్ మరియు తెలివైన లేజర్ పరిష్కారాలను తీసుకువస్తుందని భావిస్తున్నారు.—సైన్స్, పరిశ్రమ మరియు సమాజానికి మరిన్ని అవకాశాలను అన్‌లాక్ చేయడం.