સેમિકન્ડક્ટર લેસરના કાર્ય સિદ્ધાંત

કાર્ય સિદ્ધાંતસેમિકન્ડક્ટર લેસર

સૌ પ્રથમ, સેમિકન્ડક્ટર લેસરો માટે પરિમાણ આવશ્યકતાઓ રજૂ કરવામાં આવી છે, જેમાં મુખ્યત્વે નીચેના પાસાઓનો સમાવેશ થાય છે:
1. ફોટોઇલેક્ટ્રિક કામગીરી: લુપ્તતા ગુણોત્તર, ગતિશીલ લાઇનવિડ્થ અને અન્ય પરિમાણો સહિત, આ પરિમાણો સંચાર પ્રણાલીઓમાં સેમિકન્ડક્ટર લેસરોના પ્રદર્શનને સીધી અસર કરે છે.
2. માળખાકીય પરિમાણો: જેમ કે તેજસ્વી કદ અને ગોઠવણી, નિષ્કર્ષણ અંત વ્યાખ્યા, સ્થાપન કદ અને રૂપરેખા કદ.
3. તરંગલંબાઇ: સેમિકન્ડક્ટર લેસરની તરંગલંબાઇ શ્રેણી 650~1650nm છે, અને ચોકસાઈ ઊંચી છે.
૪. થ્રેશોલ્ડ કરંટ (Ith) અને ઓપરેટિંગ કરંટ (લોપ) : આ પરિમાણો સેમિકન્ડક્ટર લેસરની શરૂઆતની સ્થિતિ અને કાર્યકારી સ્થિતિ નક્કી કરે છે.
5. પાવર અને વોલ્ટેજ: કામ કરતી વખતે સેમિકન્ડક્ટર લેસરની પાવર, વોલ્ટેજ અને કરંટ માપીને, PV, PI અને IV વળાંકો દોરી શકાય છે જેથી તેમની કાર્યકારી લાક્ષણિકતાઓ સમજી શકાય.

કાર્ય સિદ્ધાંત
1. લાભની સ્થિતિ: લેસિંગ માધ્યમ (સક્રિય પ્રદેશ) માં ચાર્જ કેરિયર્સનું વ્યુત્ક્રમ વિતરણ સ્થાપિત થાય છે. સેમિકન્ડક્ટરમાં, ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા લગભગ સતત ઊર્જા સ્તરોની શ્રેણી દ્વારા રજૂ થાય છે. તેથી, કણ સંખ્યાના વ્યુત્ક્રમને પ્રાપ્ત કરવા માટે, ઉચ્ચ ઊર્જા સ્થિતિમાં વહન બેન્ડના તળિયે ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા બે ઊર્જા બેન્ડ પ્રદેશો વચ્ચે ઓછી ઊર્જા સ્થિતિમાં સંયોજકતા બેન્ડની ટોચ પર છિદ્રોની સંખ્યા કરતા ઘણી મોટી હોવી જોઈએ. આ હોમોજંક્શન અથવા હેટરોજંક્શન પર સકારાત્મક પૂર્વગ્રહ લાગુ કરીને અને નીચલા ઊર્જા સંયોજકતા બેન્ડથી ઉચ્ચ ઊર્જા વહન બેન્ડમાં ઇલેક્ટ્રોનને ઉત્તેજિત કરવા માટે સક્રિય સ્તરમાં જરૂરી વાહકોને ઇન્જેક્ટ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે. જ્યારે વિપરીત કણ વસ્તી સ્થિતિમાં મોટી સંખ્યામાં ઇલેક્ટ્રોન છિદ્રો સાથે ફરીથી જોડાય છે, ત્યારે ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન થાય છે.
2. ખરેખર સુસંગત ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગ મેળવવા માટે, ઉત્તેજિત કિરણોત્સર્ગને ઓપ્ટિકલ રેઝોનેટરમાં ઘણી વખત ફીડ બેક કરવું પડે છે જેથી લેસર ઓસિલેશન બને, લેસરનો રેઝોનેટર સેમિકન્ડક્ટર ક્રિસ્ટલની કુદરતી ક્લીવેજ સપાટી દ્વારા અરીસા તરીકે રચાય છે, સામાન્ય રીતે પ્રકાશના છેડા પર ઉચ્ચ પ્રતિબિંબ મલ્ટિલેયર ડાઇલેક્ટ્રિક ફિલ્મ સાથે પ્લેટેડ કરવામાં આવે છે, અને સરળ સપાટીને ઘટાડેલી પ્રતિબિંબ ફિલ્મથી પ્લેટેડ કરવામાં આવે છે. Fp પોલાણ (ફેબ્રી-પેરોટ પોલાણ) સેમિકન્ડક્ટર લેસર માટે, ક્રિસ્ટલના pn જંકશન પ્લેન પર લંબરૂપ કુદરતી ક્લીવેજ પ્લેનનો ઉપયોગ કરીને FP પોલાણ સરળતાથી બનાવી શકાય છે.
(૩) સ્થિર ઓસિલેશન બનાવવા માટે, લેસર માધ્યમ રેઝોનેટર દ્વારા થતા ઓપ્ટિકલ નુકસાન અને પોલાણની સપાટીમાંથી લેસર આઉટપુટને કારણે થતા નુકસાનને ભરપાઈ કરવા માટે પૂરતો મોટો લાભ પૂરો પાડવા સક્ષમ હોવો જોઈએ, અને પોલાણમાં પ્રકાશ ક્ષેત્રને સતત વધારવું જોઈએ. આમાં પૂરતું મજબૂત વર્તમાન ઇન્જેક્શન હોવું જોઈએ, એટલે કે, પૂરતું કણ સંખ્યા વ્યુત્ક્રમ હોવું જોઈએ, કણ સંખ્યા વ્યુત્ક્રમની ડિગ્રી જેટલી ઊંચી હશે, તેટલો વધારે લાભ, એટલે કે, જરૂરિયાત ચોક્કસ વર્તમાન થ્રેશોલ્ડ સ્થિતિને પૂર્ણ કરવી જોઈએ. જ્યારે લેસર થ્રેશોલ્ડ પર પહોંચે છે, ત્યારે ચોક્કસ તરંગલંબાઇવાળા પ્રકાશને પોલાણમાં પડઘો પાડી શકાય છે અને વિસ્તૃત કરી શકાય છે, અને અંતે લેસર અને સતત આઉટપુટ બનાવી શકાય છે.

કામગીરીની આવશ્યકતા
૧. મોડ્યુલેશન બેન્ડવિડ્થ અને રેટ: વાયરલેસ ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશનમાં સેમિકન્ડક્ટર લેસરો અને તેમની મોડ્યુલેશન ટેકનોલોજી મહત્વપૂર્ણ છે, અને મોડ્યુલેશન બેન્ડવિડ્થ અને રેટ સીધી વાતચીત ગુણવત્તાને અસર કરે છે. આંતરિક રીતે મોડ્યુલેટેડ લેસર (ડાયરેક્ટ મોડ્યુલેટેડ લેસર) તેના હાઇ સ્પીડ ટ્રાન્સમિશન અને ઓછી કિંમતને કારણે ઓપ્ટિકલ ફાઇબર કોમ્યુનિકેશનના વિવિધ ક્ષેત્રો માટે યોગ્ય છે.
2. સ્પેક્ટ્રલ લાક્ષણિકતાઓ અને મોડ્યુલેશન લાક્ષણિકતાઓ: સેમિકન્ડક્ટર વિતરિત પ્રતિસાદ લેસરો (DFB લેસર) તેમની ઉત્તમ સ્પેક્ટ્રલ લાક્ષણિકતાઓ અને મોડ્યુલેશન લાક્ષણિકતાઓને કારણે ઓપ્ટિકલ ફાઇબર કોમ્યુનિકેશન અને સ્પેસ ઓપ્ટિકલ કોમ્યુનિકેશનમાં એક મહત્વપૂર્ણ પ્રકાશ સ્ત્રોત બની ગયા છે.
3. ખર્ચ અને મોટા પાયે ઉત્પાદન: મોટા પાયે ઉત્પાદન અને એપ્લિકેશનોની જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા માટે સેમિકન્ડક્ટર લેસરોમાં ઓછી કિંમત અને મોટા પાયે ઉત્પાદનના ફાયદા હોવા જરૂરી છે.
4. પાવર વપરાશ અને વિશ્વસનીયતા: ડેટા સેન્ટર્સ જેવા એપ્લિકેશન દૃશ્યોમાં, સેમિકન્ડક્ટર લેસરોને લાંબા ગાળાની સ્થિર કામગીરી સુનિશ્ચિત કરવા માટે ઓછા પાવર વપરાશ અને ઉચ્ચ વિશ્વસનીયતાની જરૂર પડે છે.