দ্বৈত-রঙের সেমিকন্ডাক্টর লেজারের উপর সর্বশেষ গবেষণা

দ্বৈত-রঙের সেমিকন্ডাক্টর লেজারের উপর সর্বশেষ গবেষণা

সেমিকন্ডাক্টর ডিস্ক লেজার (এসডিএল লেজার), যা ভার্টিক্যাল এক্সটার্নাল ক্যাভিটি সারফেস-এমিটিং লেজার (ভিইসিএসইএল) নামেও পরিচিত, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে ব্যাপক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে। এটি সেমিকন্ডাক্টর গেইন এবং সলিড-স্টেট রেজোনেটরের সুবিধাগুলিকে একত্রিত করে। এটি কেবল প্রচলিত সেমিকন্ডাক্টর লেজারের সিঙ্গেল-মোড সাপোর্টের নির্গমন ক্ষেত্রের সীমাবদ্ধতা কার্যকরভাবে দূর করে না, বরং এতে একটি নমনীয় সেমিকন্ডাক্টর ব্যান্ডগ্যাপ ডিজাইন এবং উচ্চ মেটেরিয়াল গেইন বৈশিষ্ট্যও রয়েছে। এটি লো-নয়েজ লেজারের মতো বিস্তৃত পরিসরের অ্যাপ্লিকেশন ক্ষেত্রে দেখা যায়।সংকীর্ণ-লাইনউইথ লেজারআউটপুট, অতি-সংক্ষিপ্ত উচ্চ-পুনরাবৃত্তিমূলক পালস তৈরি, উচ্চ-ক্রমের হারমোনিক তৈরি, এবং সোডিয়াম গাইড স্টার প্রযুক্তি ইত্যাদি। প্রযুক্তির অগ্রগতির সাথে সাথে, এর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের নমনীয়তার জন্য উচ্চতর চাহিদা তৈরি হয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, দ্বৈত-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সুসংগত আলোক উৎসগুলো অ্যান্টি-ইন্টারফারেন্স লিডার, হলোগ্রাফিক ইন্টারফেরোমেট্রি, ওয়েভলেংথ ডিভিশন মাল্টিপ্লেক্সিং কমিউনিকেশন, মিড-ইনফ্রারেড বা টেরাহার্টজ তৈরি, এবং বহু-রঙা অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি কম্ব-এর মতো উদীয়মান ক্ষেত্রগুলিতে অত্যন্ত উচ্চ প্রয়োগ মূল্য প্রদর্শন করেছে। সেমিকন্ডাক্টর ডিস্ক লেজারে কীভাবে উচ্চ-উজ্জ্বলতার দ্বৈত-রঙা নিঃসরণ অর্জন করা যায় এবং একাধিক তরঙ্গদৈর্ঘ্যের মধ্যে গেইন প্রতিযোগিতা কার্যকরভাবে দমন করা যায়, তা এই ক্ষেত্রে সর্বদা একটি গবেষণার কঠিন বিষয় হয়ে রয়েছে।

সম্প্রতি, একটি দ্বি-রঙাসেমিকন্ডাক্টর লেজারএই চ্যালেঞ্জ মোকাবেলার জন্য চীনের একটি দল একটি উদ্ভাবনী চিপ ডিজাইন প্রস্তাব করেছে। গভীর সংখ্যাসূচক গবেষণার মাধ্যমে তারা দেখেছে যে, তাপমাত্রা-সম্পর্কিত কোয়ান্টাম ওয়েল গেইন ফিল্টারিং এবং সেমিকন্ডাক্টর মাইক্রোক্যাভিটি ফিল্টারিং প্রভাবগুলোকে নির্ভুলভাবে নিয়ন্ত্রণ করার মাধ্যমে দ্বৈত-রঙের গেইনের নমনীয় নিয়ন্ত্রণ অর্জন করা সম্ভব। এর উপর ভিত্তি করে, দলটি সফলভাবে একটি ৯৬০/১০০০ ন্যানোমিটার উচ্চ-উজ্জ্বলতার গেইন চিপ ডিজাইন করেছে। এই লেজারটি ডিফ্র্যাকশন সীমার কাছাকাছি ফান্ডামেন্টাল মোডে কাজ করে, যার আউটপুট উজ্জ্বলতা প্রায় ৩১০ মেগাওয়াট/বর্গ সেন্টিমিটার স্টেরেডিয়ান (MW/cm²sr) পর্যন্ত হতে পারে।

সেমিকন্ডাক্টর ডিস্কের গেইন লেয়ারটি মাত্র কয়েক মাইক্রোমিটার পুরু, এবং সেমিকন্ডাক্টর-এয়ার ইন্টারফেস ও বটম ডিস্ট্রিবিউটেড ব্র্যাগ রিফ্লেক্টরের মধ্যে একটি ফ্যাব্রি-পেরো মাইক্রোক্যাভিটি গঠিত হয়। সেমিকন্ডাক্টর মাইক্রোক্যাভিটিকে চিপের বিল্ট-ইন স্পেকট্রাল ফিল্টার হিসেবে বিবেচনা করলে তা কোয়ান্টাম ওয়েলের গেইনকে মডিউলেট করবে। এদিকে, মাইক্রোক্যাভিটি ফিল্টারিং এফেক্ট এবং সেমিকন্ডাক্টর গেইনের টেম্পারেচার ড্রিফট রেট ভিন্ন। তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের সাথে মিলিতভাবে, আউটপুট ওয়েভলেংথের সুইচিং এবং রেগুলেশন অর্জন করা সম্ভব। এই বৈশিষ্ট্যগুলোর উপর ভিত্তি করে, দলটি গণনা করে ৩০০ কেলভিন তাপমাত্রায় কোয়ান্টাম ওয়েলের গেইন পিক ৯৫০ ন্যানোমিটারে নির্ধারণ করে, যেখানে গেইন ওয়েভলেংথের টেম্পারেচার ড্রিফট রেট ছিল প্রায় ০.৩৭ ন্যানোমিটার/কেলভিন। পরবর্তীতে, দলটি ট্রান্সমিশন ম্যাট্রিক্স পদ্ধতি ব্যবহার করে চিপের লঙ্গিটিউডিনাল কনস্ট্রেইন্ট ফ্যাক্টর ডিজাইন করে, যার পিক ওয়েভলেংথ ছিল যথাক্রমে প্রায় ৯৬০ ন্যানোমিটার এবং ১০০০ ন্যানোমিটার। সিমুলেশন থেকে দেখা যায় যে, এর টেম্পারেচার ড্রিফট রেট ছিল মাত্র ০.০৮ ন্যানোমিটার/কেলভিন। এপিট্যাক্সিয়াল গ্রোথের জন্য মেটাল-অর্গানিক কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন প্রযুক্তি ব্যবহার করে এবং গ্রোথ প্রক্রিয়াকে ক্রমাগত অপ্টিমাইজ করার মাধ্যমে উচ্চ-মানের গেইন চিপ সফলভাবে তৈরি করা হয়েছে। ফোটোলুমিনেসেন্সের পরিমাপের ফলাফল সিমুলেশন ফলাফলের সাথে সম্পূর্ণরূপে সামঞ্জস্যপূর্ণ। তাপীয় লোড কমাতে এবং উচ্চ-ক্ষমতা সঞ্চালন অর্জনের জন্য সেমিকন্ডাক্টর-ডায়মন্ড চিপ প্যাকেজিং প্রক্রিয়াকে আরও উন্নত করা হয়েছে।

চিপ প্যাকেজিং সম্পন্ন করার পর, দলটি এর লেজার পারফরম্যান্সের একটি ব্যাপক মূল্যায়ন পরিচালনা করে। অবিচ্ছিন্ন অপারেশন মোডে, পাম্প পাওয়ার বা হিট সিঙ্কের তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করে, নির্গমন তরঙ্গদৈর্ঘ্য ৯৬০ nm এবং ১০০০ nm-এর মধ্যে নমনীয়ভাবে সামঞ্জস্য করা যায়। যখন পাম্প পাওয়ার একটি নির্দিষ্ট সীমার মধ্যে থাকে, তখন লেজারটি দ্বৈত-তরঙ্গদৈর্ঘ্য অপারেশনও অর্জন করতে পারে, যার তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ব্যবধান ৩৯.৪ nm পর্যন্ত। এই সময়ে, সর্বোচ্চ অবিচ্ছিন্ন তরঙ্গ শক্তি ৩.৮ W-এ পৌঁছায়। এদিকে, লেজারটি ডিফ্র্যাকশন সীমার কাছাকাছি মৌলিক মোডে কাজ করে, যার বিম কোয়ালিটি ফ্যাক্টর M² মাত্র ১.১ এবং উজ্জ্বলতা প্রায় ৩১০ MW/cm²sr পর্যন্ত। দলটি কোয়াসি-কন্টিনিউয়াস ওয়েভ পারফরম্যান্সের উপরও গবেষণা পরিচালনা করেছে।লেজাররেজোনেন্ট ক্যাভিটিতে LiB₃O₅ নন-লিনিয়ার অপটিক্যাল ক্রিস্টাল প্রবেশ করানোর মাধ্যমে সাম ফ্রিকোয়েন্সি সিগন্যালটি সফলভাবে পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল, যা দ্বৈত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সিঙ্ক্রোনাইজেশন নিশ্চিত করে।

এই উদ্ভাবনী চিপ ডিজাইনের মাধ্যমে কোয়ান্টাম ওয়েল গেইন ফিল্টারিং এবং মাইক্রোক্যাভিটি ফিল্টারিং-এর জৈব সমন্বয় সাধিত হয়েছে, যা দ্বৈত-রঙের লেজার উৎস বাস্তবায়নের জন্য একটি নকশার ভিত্তি স্থাপন করেছে। কর্মক্ষমতার সূচকের দিক থেকে, এই একক-চিপ দ্বৈত-রঙের লেজারটি উচ্চ উজ্জ্বলতা, উচ্চ নমনীয়তা এবং সুনির্দিষ্ট সমাক্ষীয় রশ্মি আউটপুট অর্জন করে। একক-চিপ দ্বৈত-রঙের সেমিকন্ডাক্টর লেজারের বর্তমান ক্ষেত্রে এর উজ্জ্বলতা আন্তর্জাতিকভাবে শীর্ষস্থানীয় পর্যায়ে রয়েছে। ব্যবহারিক প্রয়োগের ক্ষেত্রে, এর উচ্চ উজ্জ্বলতা এবং দ্বৈত-রঙের বৈশিষ্ট্যকে কাজে লাগিয়ে এই অর্জনটি জটিল পরিবেশে বহু-রঙের লিডারের সনাক্তকরণ নির্ভুলতা এবং হস্তক্ষেপ-রোধী ক্ষমতা কার্যকরভাবে বৃদ্ধি করবে বলে আশা করা যায়। অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি কম্বের ক্ষেত্রে, এর স্থিতিশীল দ্বৈত-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আউটপুট সুনির্দিষ্ট বর্ণালী পরিমাপ এবং উচ্চ-রেজোলিউশন অপটিক্যাল সেন্সিং-এর মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য গুরুত্বপূর্ণ সহায়তা প্রদান করতে পারে।