लेजर डायोड क्या है?

लेजर डायोड क्या है?

लेजर डायोड परिभाषा

लेजर डायोड एक डायोड है जो विद्युत धारा से लेजर प्रकाश उत्पन्न कर सकता है। इसमें p-n जंक्शन में बीच में एक अतिरिक्त अंतःस्थ लेयर होता है, जिससे p-i-n संरचना बनती है। अंतःस्थ लेयर वह सक्रिय क्षेत्र है जहाँ इलेक्ट्रॉन और होल्स के पुनर्मिलन से प्रकाश उत्पन्न होता है।

p-टाइप और n-टाइप क्षेत्रों में अधिकतम दोष डाले जाते हैं अतिरिक्त वाहक बनाने के लिए, जबकि अंतःस्थ लेयर अदोषित या कम दोषित होता है ताकि ऑप्टिकल विस्तार हो सके। अंतःस्थ लेयर के सिरों पर प्रतिबिंबित करने वाले सामग्री लगाई जाती है, एक पूरी तरह से प्रतिबिंबित और एक आंशिक रूप से प्रतिबिंबित, जिससे एक ऑप्टिकल कैविटी बनती है जो प्रकाश को फंसाती है और उत्तेजित उत्सर्जन को बढ़ाती है।

उत्तेजित उत्सर्जन तब होता है जब एक आगत फोटॉन एक उत्तेजित इलेक्ट्रॉन को निम्न ऊर्जा स्तर पर गिरने का कारण बनता है और एक अन्य फोटॉन उत्सर्जित करता है जो आगत फोटॉन के आवृत्ति, दশा, ध्रुवीकरण और दिशा में एक जैसा होता है। इस तरह, कैविटी में फोटॉनों की संख्या घातांकीय रूप से बढ़ती है, जिससे एक संगत रोशनी का बीम आंशिक रूप से प्रतिबिंबित सिरे से बाहर निकलता है।

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

संचालन तंत्र

एक लेजर डायोड p-n जंक्शन पर एक अग्रवर्ती विक्षेप वोल्टेज लगाकर काम करता है, जिससे डिवाइस में धारा प्रवाहित होती है। धारा n-टाइप क्षेत्र से इलेक्ट्रॉन और p-टाइप क्षेत्र से होल्स को अंतःस्थ लेयर में इंजेक्ट करती है, जहाँ वे फिर से मिलकर फोटॉन के रूप में ऊर्जा उत्सर्जित करते हैं।

इनमें से कुछ फोटॉन यादृच्छिक दिशाओं में स्वतः उत्सर्जित होते हैं, जबकि अन्य फोटॉन कैविटी में मौजूद फोटॉनों द्वारा उत्तेजित होकर उनके साथ दशा में उत्सर्जित होते हैं। उत्तेजित फोटॉन प्रतिबिंबित सिरों के बीच आगे-पीछे उछलते हैं, जिससे अधिक उत्तेजित उत्सर्जन होता है और एक जनसंख्या विपरीत बनता है, जहाँ उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की संख्या गैर-उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों से अधिक होती है।

जब जनसंख्या विपरीत एक थ्रेशहोल्ड स्तर तक पहुँचता है, तो स्थिर-अवस्था लेजर आउटपुट प्राप्त किया जाता है, जहाँ उत्तेजित उत्सर्जन की दर फोटॉन नुकसान (संचरण या अवशोषण के कारण) की दर 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, संचालन तरीका, तरंगदैर्ध्य, आउटपुट शक्ति और अनुप्रयोग के आधार पर विभिन्न प्रकारों में वर्गीकृत किए जाते हैं। कुछ सामान्य प्रकार हैं:

• सिंगल-मोड लेजर डायोड

• मल्टी-मोड लेजर डायोड

• मास्टर ऑस्किलेटर पावर एम्प्लिफायर (MOPA) लेजर डायोड

• वर्टिकल कैविटी सरफेस ईमिटिंग लेजर (VCSEL) डायोड

• डिस्ट्रीब्यूटेड फीडबैक (DFB) लेजर डायोड

• एक्सटर्नल कैविटी डायोड लेजर (ECDLs)

लेजर डायोड के अनुप्रयोग

• ऑप्टिकल स्टोरेज

• ऑप्टिकल संचार

• ऑप्टिकल स्कैनिंग

• ऑप्टिकल सेंसिंग

• ऑप्टिकल डिस्प्ले

• ऑप्टिकल सर्जरी

लेजर डायोड के फायदे

• संक्षिप्त आकार

• कम शक्ति खपत

• उच्च दक्षता

• दीर्घ आयु

• विविधता

लेजर डायोड के नुकसान

• तापमान संवेदनशीलता

• ऑप्टिकल फीडबैक

• मोड हॉपिंग

• लागत

सारांश

लेजर डायोड एक अर्धचालक डिवाइस है जो उत्तेजित उत्सर्जन के माध्यम से संगत रोशनी उत्पन्न करता है। यह एक लाइट-ईमिटिंग डायोड (LED) के समान है, लेकिन इसकी संरचना जटिल होती है और इसका प्रतिक्रिया समय तेज होता है।

लेजर डायोड में p-n जंक्शन में बीच में एक अतिरिक्त अंतःस्थ लेयर होता है, जिससे p-i-n संरचना बनती है। अंतःस्थ लेयर वह सक्रिय क्षेत्र है जहाँ इलेक्ट्रॉन और होल्स के पुनर्मिलन से प्रकाश उत्पन्न होता है।

लेजर डायोड p-n जंक्शन पर एक अग्रवर्ती विक्षेप वोल्टेज लगाकर काम करता है, जिससे डिवाइस में धारा प्रवाहित होती है। धारा n-टाइप क्षेत्र से इलेक्ट्रॉन और p-टाइप क्षेत्र से होल्स को अंतःस्थ लेयर में इंजेक्ट करती है, जहाँ वे फिर से मिलकर ऊर्जा फोटॉन के रूप में उत्सर्जित करते हैं।

इनमें से कुछ फोटॉन यादृच्छिक दिशाओं में स्वतः उत्सर्जित होते हैं, जबकि अन्य फोटॉन कैविटी में मौजूद फोटॉनों द्वारा उत्तेजित होकर उनके साथ दशा में उत्सर्जित होते हैं। उत्तेजित फोटॉन प्रतिबिंबित सिरों के बीच आगे-पीछे उछलते हैं, जिससे अधिक उत्तेजित उत्सर्जन होता है और एक जनसंख्या विपरीत बनता है, जहाँ उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों की संख्या गैर-उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों से अधिक होती है।

जब जनसंख्या विपरीत एक थ्रेशहोल्ड स्तर तक पहुँचता है, तो स्थिर-अवस्था लेजर आउटपुट प्राप्त किया जाता है, जहाँ उत्तेजित उत्सर्जन की दर फोटॉन नुकसान (संचरण या अवशोषण के कारण) की दर 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 ऑप्टिकल कैविटी की लंबाई पर निर्भर करती है। लेजर डायोड इन्फ्रारेड से अल्ट्रावायलेट तक विद्युत चुंबकीय स्पेक्ट्रम के विभिन्न क्षेत्रों में उत्सर्जन कर सकते हैं।

लेजर डायोड उनकी संरचना, संचालन तरीका, तरंगदैर्ध्य, आउटपुट शक्ति और अनुप्रयोग के आधार पर विभिन्न प्रकारों में वर्गीकृत किए जाते हैं। कुछ सामान्य प्रकार हैं: सिंगल-मोड लेजर डायोड, मल्टी-मोड लेजर डायोड, मास्टर ऑस्किलेटर पावर एम्प्लिफायर (MOPA) लेजर डायोड, वर्टिकल कैविटी सरफेस ईमिटिंग लेजर (VCSEL) डायोड, डिस्ट्रीब्यूटेड फीडबैक (DFB) लेजर डायोड, एक्सटर्नल कैविट