हाई पावर सेमीकंडक्टर लेजर की प्रमुख प्रौद्योगिकियां

लेजर अनुप्रयोग आवश्यकताओं में निरंतर सुधार के साथ, सेमीकंडक्टर लेज़रों की आवश्यकताएं भी अधिक से अधिक होती जा रही हैं, जो मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलुओं में परिलक्षित होती हैं:

औद्योगिक प्रसंस्करण और अन्य क्षेत्रों में बिजली की मांग को पूरा करने के लिए उत्पादन शक्ति में सुधार, उच्च-शक्ति द्वि-आयामी या त्रि-आयामी सरणी विकसित करना; इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल रूपांतरण दक्षता में सुधार, लघुकरण और लेजर सिस्टम की उच्च दक्षता प्राप्त करना, गर्मी अपव्यय दबाव को कम करना और लागत कम करना; बीम गुणवत्ता में सुधार; विश्वसनीयता में सुधार, अर्थात्, इसका उपयोग उच्च शिखर शक्ति और अत्यंत कठोर वातावरण में स्वतंत्र रूप से किया जा सकता है, जैसे कि बड़े विकिरण और बड़े तापमान अंतर वाले वातावरण में अंतरिक्ष वाहनों का उपयोग।

हाई पावर सेमीकंडक्टर लेजर की प्रमुख प्रौद्योगिकियां

संरचनात्मक डिजाइन अनुकूलन

हाई-पावर सेमीकंडक्टर लेज़रों का विकास एपिटैक्सी और चिप संरचनाओं के अनुसंधान और डिजाइन से निकटता से संबंधित है। संरचनात्मक डिजाइन उच्च शक्ति अर्धचालक लेजर उपकरणों का आधार है। सेमीकंडक्टर लेजर के तीन बुनियादी सिद्धांत हैं: विद्युत इंजेक्शन और कारावास, इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल रूपांतरण, ऑप्टिकल कारावास और आउटपुट, क्रमशः विद्युत इंजेक्शन के डिजाइन, क्वांटम अच्छी तरह से डिजाइन, और वेवगाइड संरचनाओं के ऑप्टिकल क्षेत्र डिजाइन के अनुरूप। सेमीकंडक्टर लेजर का संरचनात्मक अनुसंधान और सुधार इन तीन पहलुओं के निरंतर अनुकूलन पर आधारित है, असममित विस्तृत वेवगाइड संरचनाओं का विकास, क्वांटम कुओं, क्वांटम तारों, क्वांटम डॉट्स और फोटोनिक क्रिस्टल संरचनाओं का अनुकूलन, जो निरंतर सुधार को बढ़ावा देता है। लेजर तकनीक का स्तर। आउटपुट पावर और इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल रूपांतरण दक्षता उच्च और उच्च हो रही है, बीम की गुणवत्ता बेहतर और बेहतर हो रही है, और विश्वसनीयता उच्च और उच्च हो रही है।

उच्च गुणवत्ता वाले एपिटैक्सियल सामग्री विकास प्रौद्योगिकी

सेमीकंडक्टर लेजर एपिटैक्सियल मटेरियल ग्रोथ टेक्नोलॉजी सेमीकंडक्टर लेजर डेवलपमेंट का मूल है। उच्च गुणवत्ता वाले एपिटैक्सियल सामग्री विकास प्रक्रिया, बेहद कम सतह दोष घनत्व और आंतरिक दोष घनत्व उच्च शिखर बिजली उत्पादन प्राप्त करने के लिए पूर्वापेक्षाएँ और गारंटी हैं। इसके अलावा, अर्धचालक पदार्थों में अशुद्धियाँ भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। यह कहा जा सकता है कि सटीक सेमीकंडक्टर एपिटैक्सी डोपिंग प्रक्रिया के बिना कोई उच्च-प्रदर्शन क्वांटम वेल लेजर नहीं है। मुख्य रूप से डोपिंग वक्र के अनुकूलन के माध्यम से, ऑप्टिकल क्षेत्र और भारी डोप किए गए क्षेत्र के बीच ओवरलैप कम हो जाता है, जिससे मुक्त वाहक के अवशोषण नुकसान को कम किया जा सकता है और डिवाइस की रूपांतरण दक्षता में सुधार होता है।

गुहा सतह उपचार प्रौद्योगिकी

हाई-पावर सेमीकंडक्टर लेज़रों के अनुप्रयोग के लिए आमतौर पर उच्च लेज़र आउटपुट पावर और अच्छी विश्वसनीयता की आवश्यकता होती है। सेमीकंडक्टर लेज़रों की उत्पादन शक्ति को प्रतिबंधित करने वाली मुख्य अड़चन उच्च शक्ति घनत्व के तहत गुहा की सतह के क्षरण के कारण होने वाली ऑप्टिकल तबाही क्षति (COMD) है।

अर्धचालक लेजर के गुहा सतह क्षेत्र में, दरार, ऑक्सीकरण और अन्य कारणों से बड़ी संख्या में दोष होते हैं, और ये दोष प्रकाश अवशोषण केंद्र और गैर-विकिरण पुनर्संयोजन केंद्र बन जाते हैं। प्रकाश अवशोषण से उत्पन्न गर्मी गुहा की सतह के तापमान को बढ़ाती है, और तापमान में वृद्धि के कारण बैंड गैप कम हो जाता है, इसलिए कैविटी सतह क्षेत्र और लेजर के आंतरिक क्षेत्र के बीच एक संभावित ढाल बनता है, जो इंजेक्शन का मार्गदर्शन करता है गुहा सतह क्षेत्र में वाहक, जो अधिक महत्वपूर्ण है मुख्य बिंदु यह है कि बैंड गैप कम होने के बाद इंटरबैंड प्रकाश अवशोषण बढ़ाया जाता है, जो दोनों गुहा सतह क्षेत्र में वाहक एकाग्रता में वृद्धि करेंगे, गैर-विकिरण पुनर्संयोजन को बढ़ाएंगे, और आगे गुहा सतह के तापमान में वृद्धि। दूसरी ओर, उच्च-शक्ति अर्धचालक लेज़रों का बड़ा वर्तमान इंजेक्शन गुहा की सतह के गैर-विकिरण संबंधी पुनर्संयोजन को भी बढ़ाता है। यह प्रकाश अवशोषण, गैर-विकिरणीय पुनर्संयोजन, तापमान में वृद्धि और बैंड गैप में कमी की सकारात्मक प्रतिक्रिया प्रक्रिया है जिसके कारण गुहा की सतह का तापमान तेजी से बढ़ता है, और अंत में गुहा की सतह जल जाती है, अर्थात COMD होती है।

गुहा सतह की समस्या की जड़ गुहा की सतह के संदूषण, ऑक्सीकरण, भौतिक दोष आदि सहित गुहा सतह दोषों का अस्तित्व है। ये गुहा सतह दोष पहले COMD की स्थिरता को प्रभावित करते हैं, और दूसरा डिवाइस के क्षरण की ओर ले जाते हैं और दीर्घकालिक स्थिरता को प्रभावित करते हैं। आम तौर पर, गुहा सतह के दोषों और ऑक्सीकरण को कम करने या समाप्त करने, गुहा सतह के प्रकाश अवशोषण को कम करने और गुहा सतह के सीओएमडी मूल्य में सुधार करने के लिए विभिन्न गुहा सतह निष्क्रियता और कोटिंग तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है, जिससे उच्च शिखर बिजली उत्पादन प्राप्त होता है .

एकीकृत पैकेजिंग प्रौद्योगिकी

लेज़र चिप्स की कूलिंग और पैकेजिंग उच्च-शक्ति वाले सेमीकंडक्टर लेज़रों के निर्माण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है, और लेज़र बीम शेपिंग और लेज़र इंटीग्रेशन तकनीक किलोवाट और 10,000-वाट लेज़र प्राप्त करने के मुख्य तरीके हैं। उच्च उत्पादन शक्ति और उच्च शक्ति अर्धचालक लेजर के छोटे प्रकाश उत्सर्जक क्षेत्र के कारण, ऑपरेशन के दौरान उत्पन्न गर्मी घनत्व बहुत अधिक होता है, जो पैकेजिंग संरचना और प्रक्रिया पर उच्च आवश्यकताओं को आगे बढ़ाता है। हाई-पावर सेमीकंडक्टर लेजर पैकेजिंग का प्रमुख प्रौद्योगिकी अनुसंधान थर्मल प्रबंधन और थर्मल तनाव के पैकेजिंग डिजाइन को हल करने के लिए, और प्रत्यक्ष अर्धचालक के विकास में एक तकनीकी सफलता प्राप्त करने के लिए गर्मी, पैकेजिंग सामग्री और तनाव के पहलुओं से शुरू करना है। उच्च शक्ति, उच्च चमक और उच्च विश्वसनीयता के लिए लेजर।

अर्धचालक लेज़रों के अनुप्रयोग

अर्धचालक लेज़रों के प्रत्यक्ष अनुप्रयोग के क्षेत्र का व्यापक रूप से विस्तार किया गया है। सॉलिड-स्टेट लेजर और फाइबर लेजर के लिए पंप स्रोत के रूप में उपयोग किए जाने के अलावा, इसका उपयोग ऑप्टिकल संचार, औद्योगिक प्रसंस्करण, चिकित्सा सौंदर्य और प्रकाश निगरानी जैसे कई क्षेत्रों में भी किया जाता है। हाल के वर्षों में, 3 डी सेंसिंग, लिडार, लेजर डिस्प्ले और अन्य क्षेत्रों में सेमीकंडक्टर लेजर के नए अनुप्रयोगों ने बहुत ध्यान आकर्षित किया है।

संचार और ऑप्टिकल भंडारण

ऑप्टिकल संचार का क्षेत्र अभी भी सेमीकंडक्टर लेजर अनुप्रयोगों के लिए सबसे बड़ा बाजार है, और ऑप्टिकल फाइबर संचार समकालीन संचार प्रौद्योगिकी की मुख्यधारा बन गया है। यह ऑप्टिकल समानांतर प्रसंस्करण प्रणालियों के लिए एक आदर्श प्रकाश स्रोत भी है और इसका उपयोग ऑप्टिकल कंप्यूटर और ऑप्टिकल तंत्रिका नेटवर्क में किया जा सकता है। वर्तमान में, ऑप्टिकल संचार के क्षेत्र में मुख्य अनुप्रयोग 1.3 सुक्ष्ममापी और 1.55 सुक्ष्ममापी InGaAsP/InP अर्धचालक लेज़र हैं। लाल लेजर और ब्लू लेजर, जो मुख्य रूप से ऑप्टिकल सूचना और भंडारण में उपयोग किए जाते हैं, उच्च घनत्व सूचना भंडारण और प्रसंस्करण का एहसास कर सकते हैं।

पंप प्रकाश स्रोत

सेमीकंडक्टर लेजर-पंप सॉलिड-स्टेट लेजर और फाइबर लेजर हाई-पावर सेमीकंडक्टर लेजर के सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले क्षेत्र हैं। एक पंपिंग स्रोत के रूप में, सेमीकंडक्टर लेज़रों में अन्य प्रकाश स्रोतों के अपूरणीय लाभ होते हैं, और फाइबर लेज़र पिछले पांच वर्षों में सबसे प्रभावशाली पंपिंग बाजार बन गए हैं। पंप स्रोत को दो श्रेणियों में बांटा गया है: सिंगल-चिप कपल्ड फाइबर आउटपुट और बार कपल्ड फाइबर। आम तौर पर इस्तेमाल किया जाता है 105 माइक्रोन/एनए0.22 फाइबर 30-120 डब्ल्यू के निरंतर उत्पादन के साथ; 200 सुक्ष्ममापी/एनए0.22 फाइबर 50-300 डब्ल्यू के निरंतर उत्पादन के साथ, तरंग दैर्ध्य के साथ 808-976 एनएम।

लेजर प्रदर्शन और चिकित्सा

बड़े रंग सरगम, उच्च चमक, लंबे जीवन और बड़े स्क्रीन डिस्प्ले की आसान प्राप्ति के अपने लाभों के कारण लेजर डिस्प्ले में बाजार की विशाल संभावनाएं हैं। बेहतर दृश्य अनुभव प्राप्त करने के लिए, लेजर डिस्प्ले के लिए उपयोग किए जाने वाले लाल लेजर की तरंग दैर्ध्य जितनी कम होगी, बेहतर दृश्य अनुभव प्राप्त किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, 640 एनएम पर मानव आंख की संवेदनशीलता गुणांक 660 एनएम के 3 गुना है। हालांकि, AlGaInP रेड सेमीकंडक्टर लेज़रों के लिए, तरंगदैर्घ्य जितना छोटा होगा, सक्रिय क्षेत्र सामग्री का बैंड गैप उतना ही अधिक होगा, और वाहक सक्रिय क्षेत्र से कारावास परत में अतिप्रवाह की संभावना रखते हैं, जिससे लेज़र की दक्षता और विश्वसनीयता कम हो जाती है। विभिन्न कारकों को ध्यान में रखते हुए, लेजर डिस्प्ले के लिए लाल लेजर की तरंग दैर्ध्य आम तौर पर 640 एनएम है। लेज़र चिकित्सा उपचार के क्षेत्र में, 650-680 एनएम लाल लेज़रों का उपयोग भी अधिक से अधिक आकर्षक होता जा रहा है, और भौतिक चिकित्सा, सेल डिटेक्शन, फोटोडायनामिक थेरेपी, आदि में इसका अच्छी तरह से उपयोग किया गया है।

औद्योगिक प्रसंस्करण

सामग्री प्रसंस्करण का क्षेत्र वर्तमान में लेजर अनुप्रयोग का दूसरा सबसे बड़ा क्षेत्र है, और यह हाल ही में सबसे तेजी से बढ़ने वाला क्षेत्र भी है, फाइबर लेजर प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास के लिए धन्यवाद। लेजर प्रसंस्करण विभिन्न सामग्रियों के फोटोथर्मल प्रभाव प्रसंस्करण पर आधारित है। विभिन्न लेजर शक्ति घनत्व के तहत, सामग्री का सतह क्षेत्र तापमान वृद्धि, पिघलने, गैसीकरण और फोटोप्लाज्मा जैसे परिवर्तनों से गुजरता है। सतह परिवर्तन की डिग्री के अनुसार, एनीलिंग और क्लैडिंग बनते हैं। , वेल्डिंग, कटिंग, ड्रिलिंग और अन्य विभिन्न अनुप्रयोग।

प्रकाश निगरानी

सुरक्षा सावधानियों के बारे में लोगों की जागरूकता बढ़ाने के साथ, निगरानी कैमरों की आवश्यकताएं अधिक से अधिक होती जा रही हैं, विशेष रूप से विशेष अवसरों जैसे सीमा/तटीय रक्षा, जंगल की आग की रोकथाम और रेलवे यातायात में। लेजर मॉनिटरिंग में लंबी पहचान दूरी, उच्च विश्वसनीयता, कम बिजली की खपत और उच्च परिभाषा के फायदे हैं, और लंबी दूरी की निगरानी अनुप्रयोगों में तेजी से विकसित हुए हैं। 940 एनएम के प्रतिनिधित्व वाले सेमीकंडक्टर लेजर का व्यापक रूप से हाई-स्पीड रेल, राजमार्ग, जंगल की आग की रोकथाम, सीमा और तटीय रक्षा और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया गया है।

प्रौद्योगिकी की निरंतर प्रगति के साथ, सेमीकंडक्टर लेज़रों के पास शक्ति, तरंग दैर्ध्य और काम करने के तरीकों के विस्तार के लिए बहुत अच्छी जगह है, और आगे उभरते उद्योगों जैसे कि लेजर डिस्प्ले, लेजर इंटेलिजेंट रिकग्निशन, वर्चुअल रियलिटी, सटीक मशीनिंग, और के विकास को बढ़ावा देना है। चिकित्सा परीक्षण। वृद्धि के साथ, सेमीकंडक्टर लेजर, मुख्य घटकों के रूप में, हजारों घरों में प्रवेश कर चुके हैं, और राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था और लोगों की आजीविका के विभिन्न क्षेत्रों में तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहे हैं।

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