സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളുടെ ഹൃദയം: ഗെയിൻ മീഡിയത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ഒരു ആഴത്തിലുള്ള വീക്ഷണം.

ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള പുരോഗതിയോടെ, ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമത, ഒതുക്കമുള്ള വലുപ്പം, മോഡുലേഷന്റെ എളുപ്പം എന്നിവ കാരണം, ടെലികമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ, വൈദ്യശാസ്ത്രം, വ്യാവസായിക സംസ്കരണം, ലിഡാർ തുടങ്ങിയ വിവിധ മേഖലകളിൽ സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകൾ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു. ഈ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ കാതലായ ഭാഗത്ത് ഗെയിൻ മീഡിയം സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു, അത് വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട പങ്ക് വഹിക്കുന്നു. ഇത്"ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സ്”അത് ഉത്തേജിത ഉദ്‌വമനവും ലേസർ ജനറേഷനും പ്രാപ്തമാക്കുന്നു, ലേസർ നിർണ്ണയിക്കുന്നു'യുടെ പ്രകടനം, തരംഗദൈർഘ്യം, പ്രയോഗ സാധ്യത എന്നിവ.

1. ഗെയിൻ മീഡിയം എന്താണ്?

പേര് സൂചിപ്പിക്കുന്നത് പോലെ, ഗെയിൻ മീഡിയം എന്നത് ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ നൽകുന്ന ഒരു വസ്തുവാണ്. ബാഹ്യ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സുകൾ (ഇലക്ട്രിക്കൽ ഇഞ്ചക്ഷൻ അല്ലെങ്കിൽ ഒപ്റ്റിക്കൽ പമ്പിംഗ് പോലുള്ളവ) ഉത്തേജിപ്പിക്കുമ്പോൾ, അത് ഉത്തേജിത ഉദ്‌വമനത്തിന്റെ സംവിധാനത്തിലൂടെ ഇൻസിഡന്റ് ലൈറ്റ് വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ലേസർ ഔട്ട്‌പുട്ടിലേക്ക് നയിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളിൽ, ഗെയിൻ മീഡിയം സാധാരണയായി പിഎൻ ജംഗ്ഷനിലെ സജീവ മേഖല ഉൾക്കൊള്ളുന്നു, അതിന്റെ മെറ്റീരിയൽ ഘടന, ഘടന, ഡോപ്പിംഗ് രീതികൾ എന്നിവ ത്രെഷോൾഡ് കറന്റ്, എമിഷൻ തരംഗദൈർഘ്യം, കാര്യക്ഷമത, താപ സവിശേഷതകൾ തുടങ്ങിയ പ്രധാന പാരാമീറ്ററുകളെ നേരിട്ട് സ്വാധീനിക്കുന്നു.

2. സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളിലെ പൊതുവായ നേട്ട വസ്തുക്കൾ

III-V സംയുക്ത അർദ്ധചാലകങ്ങളാണ് ഏറ്റവും സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഗെയിൻ മെറ്റീരിയലുകൾ. സാധാരണ ഉദാഹരണങ്ങളിൽ ഇവ ഉൾപ്പെടുന്നു:

① (ഓഡിയോ)GaAs (ഗാലിയം ആർസെനൈഡ്)

850-ൽ ലേസർ പുറപ്പെടുവിക്കുന്നതിന് അനുയോജ്യം–980 നാനോമീറ്റർ ശ്രേണി, ഒപ്റ്റിക്കൽ കമ്മ്യൂണിക്കേഷനിലും ലേസർ പ്രിന്റിംഗിലും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.

② (ഓഡിയോ)ഇൻപി (ഇൻഡിയം ഫോസ്ഫൈഡ്)

1.3 µm, 1.55 µm ബാൻഡുകളിൽ ഉദ്‌വമനത്തിനായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഫൈബർ-ഒപ്റ്റിക് ആശയവിനിമയത്തിന് നിർണായകമാണ്.

③ ③ മിനിമംഇൻ‌ഗാഎ‌എസ്‌പി / അൽ‌ഗാഎ‌എസ് / ഇൻ‌ഗാഎൻ

വ്യത്യസ്ത തരംഗദൈർഘ്യങ്ങൾ കൈവരിക്കുന്നതിനായി അവയുടെ കോമ്പോസിഷനുകൾ ട്യൂൺ ചെയ്യാൻ കഴിയും, ഇത് ട്യൂണബിൾ-തരംഗദൈർഘ്യ ലേസർ ഡിസൈനുകൾക്ക് അടിസ്ഥാനമായി മാറുന്നു.

ഈ വസ്തുക്കൾ സാധാരണയായി നേരിട്ടുള്ള ബാൻഡ്‌ഗ്യാപ്പ് ഘടനകൾ ഉൾക്കൊള്ളുന്നു, ഇത് ഫോട്ടോൺ ഉദ്‌വമനവുമായി ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ പുനഃസംയോജനത്തിൽ വളരെ കാര്യക്ഷമമാക്കുന്നു, സെമികണ്ടക്ടർ ലേസർ ഗെയിൻ മീഡിയത്തിൽ ഉപയോഗിക്കാൻ അനുയോജ്യവുമാണ്.

3. ഗെയിൻ ഘടനകളുടെ പരിണാമം

നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യകൾ പുരോഗമിച്ചതോടെ, സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളിലെ ഗെയിൻ ഘടനകൾ ആദ്യകാല ഹോമോജംഗ്ഷനുകളിൽ നിന്ന് ഹെറ്ററോജംഗ്ഷനുകളിലേക്കും പിന്നീട് വിപുലമായ ക്വാണ്ടം വെൽ, ക്വാണ്ടം ഡോട്ട് കോൺഫിഗറേഷനുകളിലേക്കും പരിണമിച്ചു.

① (ഓഡിയോ)ഹെറ്ററോജംഗ്ഷൻ ഗെയിൻ മീഡിയം

വ്യത്യസ്ത ബാൻഡ്‌ഗാപ്പുകളുമായി സെമികണ്ടക്ടർ മെറ്റീരിയലുകൾ സംയോജിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ, കാരിയറുകളും ഫോട്ടോണുകളും നിയുക്ത പ്രദേശങ്ങളിൽ ഫലപ്രദമായി പരിമിതപ്പെടുത്താൻ കഴിയും, ഇത് ഗെയിൻ കാര്യക്ഷമത വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ത്രെഷോൾഡ് കറന്റ് കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

② (ഓഡിയോ)ക്വാണ്ടം കിണർ ഘടനകൾ

സജീവ മേഖലയുടെ കനം നാനോമീറ്റർ സ്കെയിലിലേക്ക് കുറയ്ക്കുന്നതിലൂടെ, ഇലക്ട്രോണുകൾ രണ്ട് മാനങ്ങളിൽ ഒതുങ്ങുന്നു, ഇത് റേഡിയേറ്റീവ് റീകോമ്പിനേഷൻ കാര്യക്ഷമതയെ ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. ഇത് കുറഞ്ഞ ത്രെഷോൾഡ് കറന്റുകളും മികച്ച താപ സ്ഥിരതയുമുള്ള ലേസറുകൾക്ക് കാരണമാകുന്നു.

③ ③ മിനിമംക്വാണ്ടം ഡോട്ട് ഘടനകൾ

സെൽഫ്-അസംബ്ലി ടെക്നിക്കുകൾ ഉപയോഗിച്ച്, സീറോ-ഡൈമൻഷണൽ നാനോസ്ട്രക്ചറുകൾ രൂപപ്പെടുന്നു, ഇത് മൂർച്ചയുള്ള ഊർജ്ജ നില വിതരണങ്ങൾ നൽകുന്നു. ഈ ഘടനകൾ മെച്ചപ്പെട്ട ഗെയിൻ സവിശേഷതകളും തരംഗദൈർഘ്യ സ്ഥിരതയും വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു, ഇത് അടുത്ത തലമുറയിലെ ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകൾക്കുള്ള ഗവേഷണ കേന്ദ്രമാക്കി മാറ്റുന്നു.

4. ഗെയിൻ മീഡിയം എന്താണ് നിർണ്ണയിക്കുന്നത്?

① (ഓഡിയോ)എമിഷൻ തരംഗദൈർഘ്യം

മെറ്റീരിയലിന്റെ ബാൻഡ്‌ഗാപ്പ് ലേസർ വ്യാപ്തിയെ നിർണ്ണയിക്കുന്നു's തരംഗദൈർഘ്യം. ഉദാഹരണത്തിന്, InGaAs നിയർ-ഇൻഫ്രാറെഡ് ലേസറുകൾക്ക് അനുയോജ്യമാണ്, അതേസമയം InGaN നീല അല്ലെങ്കിൽ വയലറ്റ് ലേസറുകൾക്ക് ഉപയോഗിക്കുന്നു.

② (ഓഡിയോ)കാര്യക്ഷമതയും ശക്തിയും

കാരിയർ മൊബിലിറ്റിയും നോൺ-റേഡിയേറ്റീവ് റീകോമ്പിനേഷൻ നിരക്കുകളും ഒപ്റ്റിക്കൽ-ടു-ഇലക്ട്രിക്കൽ കൺവേർഷൻ കാര്യക്ഷമതയെ ബാധിക്കുന്നു.

③ ③ മിനിമംതാപ പ്രകടനം

വ്യാവസായിക, സൈനിക പരിതസ്ഥിതികളിൽ ലേസറിന്റെ വിശ്വാസ്യതയെ സ്വാധീനിക്കുന്ന തരത്തിൽ വ്യത്യസ്ത വസ്തുക്കൾ താപനില വ്യതിയാനങ്ങളോട് വ്യത്യസ്ത രീതികളിൽ പ്രതികരിക്കുന്നു.

④ (ഓഡിയോ)മോഡുലേഷൻ പ്രതികരണം

ഗെയിൻ മീഡിയം ലേസറിനെ സ്വാധീനിക്കുന്നു'അതിവേഗ ആശയവിനിമയ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ നിർണായകമായ പ്രതികരണ വേഗത.

5. ഉപസംഹാരം

സെമികണ്ടക്ടർ ലേസറുകളുടെ സങ്കീർണ്ണ ഘടനയിൽ, ഗെയിൻ മീഡിയം യഥാർത്ഥത്തിൽ അതിന്റെ "ഹൃദയം" ആണ്.—ലേസർ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിന് മാത്രമല്ല, അതിന്റെ ആയുസ്സ്, സ്ഥിരത, പ്രയോഗ സാഹചര്യങ്ങൾ എന്നിവയെ സ്വാധീനിക്കുന്നതിനും ഉത്തരവാദിത്തമുണ്ട്. മെറ്റീരിയൽ സെലക്ഷൻ മുതൽ സ്ട്രക്ചറൽ ഡിസൈൻ വരെ, മാക്രോസ്കോപ്പിക് പ്രകടനം മുതൽ മൈക്രോസ്കോപ്പിക് മെക്കാനിസങ്ങൾ വരെ, ഗെയിൻ മീഡിയത്തിലെ ഓരോ മുന്നേറ്റവും ലേസർ സാങ്കേതികവിദ്യയെ കൂടുതൽ പ്രകടനത്തിലേക്കും വിശാലമായ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലേക്കും ആഴത്തിലുള്ള പര്യവേക്ഷണത്തിലേക്കും നയിക്കുന്നു.

മെറ്റീരിയൽ സയൻസിലും നാനോ-ഫാബ്രിക്കേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യയിലും തുടർച്ചയായ പുരോഗതിക്കൊപ്പം, ഭാവിയിലെ ഗെയിൻ മീഡിയം ഉയർന്ന തെളിച്ചം, വിശാലമായ തരംഗദൈർഘ്യ കവറേജ്, മികച്ച ലേസർ പരിഹാരങ്ങൾ എന്നിവ കൊണ്ടുവരുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു.—ശാസ്ത്രത്തിനും, വ്യവസായത്തിനും, സമൂഹത്തിനും കൂടുതൽ സാധ്യതകൾ തുറന്നുകൊടുക്കുന്നു.