लेजर डायोड क्या है?

लेजर डायोड क्या है?

लेजर डायोड की परिभाषा

लेजर डायोड की परिभाषा एक ऐसे डायोड के रूप में की जाती है जो विद्युत धारा से निकाले गए लेजर प्रकाश उत्पन्न कर सकता है। इसमें p-n जंक्शन के साथ बीच में एक अतिरिक्त इंट्रिंसिक स्तर होता है, जो p-i-n संरचना बनाता है। इंट्रिंसिक स्तर वह सक्रिय क्षेत्र होता है जहाँ इलेक्ट्रॉन और होल्स के पुनर्मिलन से प्रकाश उत्पन्न होता है।

p-प्रकार और n-प्रकार के क्षेत्रों में अधिक मात्रा में दोषक उपस्थित होते हैं जो अतिरिक्त चालक उत्पन्न करते हैं, जबकि इंट्रिंसिक स्तर अदोषक या हल्की मात्रा में दोषक वाला होता है जिससे प्रकाशीय विस्तार हो सके। इंट्रिंसिक स्तर के सिरों पर प्रतिबिंबित करने वाले सामग्रियों से आवरण किया जाता है, एक पूरी तरह से प्रतिबिंबित और एक आंशिक रूप से प्रतिबिंबित, जिससे एक प्रकाशीय केविटी बनती है जो प्रकाश को फँसाती है और प्रेरित उत्सर्जन को बढ़ाती है।

जब एक आने वाला फोटॉन एक उत्तेजित इलेक्ट्रॉन को कम ऊर्जा स्तर पर गिरने का कारण बनता है और एक अन्य फोटॉन उत्सर्जित करता है जो आने वाले फोटॉन के साथ आवृत्ति, धारा, ध्रुवीकरण और दिशा में एक जैसा होता है, तो प्रेरित उत्सर्जन होता है। इस तरह, केविटी में फोटॉनों की संख्या घातांकीय रूप से बढ़ती है, जिससे एक संगत रोशनी की किरण आंशिक रूप से प्रतिबिंबित सिर से बाहर निकलती है।

लेजर प्रकाश की तरंगदैर्ध्य अर्धचालक सामग्री के बैंड गैप और प्रकाशीय केविटी की लंबाई पर निर्भर करती है, जिससे इन्फ्रारेड से अल्ट्रावायलेट तक विद्युत चुंबकीय स्पेक्ट्रम के विभिन्न क्षेत्रों में प्रकाश उत्सर्जित होता है।

कार्यप्रणाली

लेजर डायोड कार्य करता है p-n जंक्शन पर एक फॉरवर्ड वियत्त के आवेश लगाकर, जिससे डिवाइस में धारा प्रवाहित होती है। धारा n-प्रकार के क्षेत्र से इलेक्ट्रॉन और p-प्रकार के क्षेत्र से होल्स को इंट्रिंसिक स्तर में इंजेक्ट करती है, जहाँ वे पुनर्मिलित होकर फोटॉन के रूप में ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं।

इनमें से कुछ फोटॉन यादृच्छिक दिशाओं में स्वतः उत्सर्जित होते हैं, जबकि अन्य फोटॉन केविटी में मौजूद फोटॉनों द्वारा प्रेरित होकर उनके साथ धारा में उत्सर्जित होते हैं। प्रेरित फोटॉन प्रतिबिंबित सिरों के बीच टकराते-फिरते हैं, जिससे अधिक प्रेरित उत्सर्जन होता है और एक जनसंख्या उलटाव बनता है, जहाँ उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की संख्या अधिक होती है।

जब जनसंख्या उलटाव एक प्रारंभिक स्तर तक पहुंचता है, तो स्थिर-अवस्था लेजर आउटपुट प्राप्त होता है, जहाँ प्रेरित उत्सर्जन की दर फोटॉन की नष्ट होने की दर (ट्रांसमिशन या अवशोषण के कारण) के बराबर होती है। लेजर डायोड की आउटपुट शक्ति इनपुट धारा और डिवाइस की दक्षता पर निर्भर करती है।

आउटपुट शक्ति डिवाइस के तापमान पर निर्भर करती है; उच्च तापमान दक्षता को कम करता है और थ्रेशहोल्ड धारा को बढ़ाता है, जिसके लिए ऑप्टिमल प्रदर्शन के लिए शीतलन प्रणालियों की आवश्यकता होती है।

लेजर डायोड के प्रकार

लेजर डायोड उनकी संरचना, कार्यप्रणाली, तरंगदैर्ध्य, आउटपुट शक्ति और अनुप्रयोग के आधार पर विभिन्न प्रकारों में वर्गीकृत किए जाते हैं। कुछ सामान्य प्रकार निम्न हैं:

• एकल-मोड लेजर डायोड

• बहु-मोड लेजर डायोड

• मास्टर ऑसिलेटर पावर एम्प्लिफायर (MOPA) लेजर डायोड

• वर्टिकल केविटी सरफेस ईमिटिंग लेजर (VCSEL) डायोड

• डिस्ट्रीब्यूटेड फीडबैक (DFB) लेजर डायोड

• बाह्य केविटी डायोड लेजर (ECDLs)

लेजर डायोड के अनुप्रयोग

• ऑप्टिकल स्टोरेज

• ऑप्टिकल कम्युनिकेशन

• ऑप्टिकल स्कैनिंग

• ऑप्टिकल सेंसिंग

• ऑप्टिकल डिस्प्ले

• ऑप्टिकल सर्जरी

लेजर डायोड के फायदे

• संक्षिप्त आकार

• कम शक्ति खपत

• उच्च दक्षता

• दीर्घ जीवनकाल

• सामान्यता

लेजर डायोड के दोष

• तापमान संवेदनशीलता

• ऑप्टिकल फीडबैक

• मोड हॉपिंग

• लागत

सारांश

लेजर डायोड एक अर्धचालक डिवाइस है जो प्रेरित उत्सर्जन की प्रक्रिया द्वारा संगत प्रकाश उत्पन्न करता है। यह प्रकाश उत्सर्जक डायोड (LED) के समान है, लेकिन इसकी संरचना और प्रतिक्रिया समय अधिक जटिल होता है।

लेजर डायोड में p-n जंक्शन के साथ बीच में एक अतिरिक्त इंट्रिंसिक स्तर होता है, जो p-i-n संरचना बनाता है। इंट्रिंसिक स्तर वह सक्रिय क्षेत्र होता है जहाँ इलेक्ट्रॉन और होल्स के पुनर्मिलन से प्रकाश उत्पन्न होता है।

लेजर डायोड p-n जंक्शन पर एक फॉरवर्ड वियत्त के आवेश लगाकर कार्य करता है, जिससे डिवाइस में धारा प्रवाहित होती है। धारा n-प्रकार के क्षेत्र से इलेक्ट्रॉन और p-प्रकार के क्षेत्र से होल्स को इंट्रिंसिक स्तर में इंजेक्ट करती है, जहाँ वे पुनर्मिलित होकर ऊर्जा फोटॉन के रूप में उत्सर्जित करते हैं।

इनमें से कुछ फोटॉन यादृच्छिक दिशाओं में स्वतः उत्सर्जित होते हैं, जबकि अन्य फोटॉन केविटी में मौजूद फोटॉनों द्वारा प्रेरित होकर उनके साथ धारा में उत्सर्जित होते हैं। प्रेरित फोटॉन प्रतिबिंबित सिरों के बीच टकराते-फिरते हैं, जिससे अधिक प्रेरित उत्सर्जन होता है और एक जनसंख्या उलटाव बनता है, जहाँ उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की संख्या अधिक होती है।

जब जनसंख्या उलटाव एक प्रारंभिक स्तर तक पहुंचता है, तो स्थिर-अवस्था लेजर आउटपुट प्राप्त होता है, जहाँ प्रेरित उत्सर्जन की दर फोटॉन की नष्ट होने की दर (ट्रांसमिशन या अवशोषण के कारण) के बराबर होती है। लेजर डायोड की आउटपुट शक्ति इनपुट धारा और डिवाइस की दक्षता पर निर्भर करती है।

लेजर प्रकाश की तरंगदैर्ध्य अर्धचालक सामग्री के बैंड गैप और प्रकाशीय केविटी की लंबाई पर निर्भर करती है। लेजर डायोड इन्फ्रारेड से अल्ट्रावायलेट तक विद्युत चुंबकीय स्पेक्ट्रम के विभिन्न क्षेत्रों में प्रकाश उत्सर्जित कर सकते हैं।

लेजर डायोड उनकी संरचना, कार्यप्रणाली, तरंगदैर्ध्य, आउटपुट शक्ति और अनुप्रयोग के आधार पर विभिन्न प्रकारों में वर्गीकृत किए जाते हैं। कुछ सामान्य प्रकार एकल-मोड लेजर डायोड, बहु-मोड लेजर डायोड, मास्टर ऑसिलेटर पावर एम्प्लिफायर (MOPA) लेजर डायोड, वर्टिकल केविटी सरफेस ईमिटिंग लेजर (VCSEL) डायोड, डिस्ट्रीब्यूटेड फीडबैक (DFB) लेजर डायोड, बाह्य के