কার্যপ্রণালী এবং প্রধান প্রকারসেমিকন্ডাক্টর লেজার
সেমিকন্ডাক্টরলেজার ডায়োডতাদের উচ্চ দক্ষতা, ক্ষুদ্রাকৃতি এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্যের বৈচিত্র্যের কারণে, এগুলি যোগাযোগ, চিকিৎসা এবং শিল্প প্রক্রিয়াকরণের মতো ক্ষেত্রে অপটোইলেকট্রনিক প্রযুক্তির মূল উপাদান হিসেবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এই নিবন্ধে সেমিকন্ডাক্টর লেজারের কার্যপ্রণালী এবং প্রকারভেদ সম্পর্কে আরও আলোচনা করা হয়েছে, যা অধিকাংশ অপটোইলেকট্রনিক গবেষকদের জন্য লেজার নির্বাচনের ক্ষেত্রে একটি সুবিধাজনক নির্দেশিকা হিসেবে কাজ করবে।
১. সেমিকন্ডাক্টর লেজারের আলো নির্গমন নীতি
সেমিকন্ডাক্টর লেজারের আলোক নিঃসরণের নীতিটি সেমিকন্ডাক্টর পদার্থের ব্যান্ড কাঠামো, ইলেকট্রনীয় রূপান্তর এবং উদ্দীপিত নিঃসরণের উপর ভিত্তি করে গঠিত। সেমিকন্ডাক্টর পদার্থ হলো এক প্রকার পদার্থ যার একটি ব্যান্ডগ্যাপ থাকে, যার মধ্যে একটি ভ্যালেন্স ব্যান্ড এবং একটি কন্ডাকশন ব্যান্ড অন্তর্ভুক্ত। যখন পদার্থটি গ্রাউন্ড স্টেটে থাকে, তখন ইলেকট্রন ভ্যালেন্স ব্যান্ড পূর্ণ করে রাখে এবং কন্ডাকশন ব্যান্ডে কোনো ইলেকট্রন থাকে না। যখন বাইরে থেকে একটি নির্দিষ্ট বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র প্রয়োগ করা হয় বা বিদ্যুৎ প্রবাহ চালনা করা হয়, তখন কিছু ইলেকট্রন ভ্যালেন্স ব্যান্ড থেকে কন্ডাকশন ব্যান্ডে স্থানান্তরিত হয়ে ইলেকট্রন-হোল জোড় গঠন করে। শক্তি নির্গমনের এই প্রক্রিয়ায়, যখন এই ইলেকট্রন-হোল জোড়গুলো বাইরের জগৎ দ্বারা উদ্দীপিত হয়, তখন ফোটন, অর্থাৎ লেজার, উৎপন্ন হয়।
২. সেমিকন্ডাক্টর লেজারের উদ্দীপনা পদ্ধতি
সেমিকন্ডাক্টর লেজারের জন্য প্রধানত তিনটি উদ্দীপনা পদ্ধতি রয়েছে, যথা বৈদ্যুতিক ইনজেকশন পদ্ধতি, অপটিক্যাল পাম্প পদ্ধতি এবং উচ্চ-শক্তি ইলেকট্রন রশ্মি উদ্দীপনা পদ্ধতি।
বৈদ্যুতিকভাবে চালিত সেমিকন্ডাক্টর লেজার: সাধারণত, এগুলো হলো সেমিকন্ডাক্টর সারফেস-জাংশন ডায়োড যা গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs), ক্যাডমিয়াম সালফাইড (CdS), ইন্ডিয়াম ফসফাইড (InP), এবং জিঙ্ক সালফাইড (ZnS)-এর মতো পদার্থ দিয়ে তৈরি। ফরওয়ার্ড বায়াস বরাবর কারেন্ট চালনা করে এগুলোকে উত্তেজিত করা হয়, যা জাংশন প্লেন অঞ্চলে স্টিমুলেটেড এমিশন তৈরি করে।
অপটিক্যালি পাম্পড সেমিকন্ডাক্টর লেজার: সাধারণত, এন-টাইপ বা পি-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর একক স্ফটিক (যেমন GaAS, InAs, InSb, ইত্যাদি) কার্যকারী পদার্থ হিসেবে ব্যবহৃত হয়, এবংলেজারঅন্যান্য লেজার থেকে নির্গত রশ্মি অপটিক্যালি পাম্পড এক্সাইটেশন হিসেবে ব্যবহৃত হয়।
উচ্চ-শক্তি ইলেকট্রন রশ্মি দ্বারা উত্তেজিত সেমিকন্ডাক্টর লেজার: সাধারণত, এগুলিতেও কার্যকরী পদার্থ হিসেবে এন-টাইপ বা পি-টাইপ সেমিকন্ডাক্টর একক স্ফটিক (যেমন PbS, CdS, ZhO, ইত্যাদি) ব্যবহৃত হয় এবং বাইরে থেকে একটি উচ্চ-শক্তি ইলেকট্রন রশ্মি প্রবেশ করিয়ে এদেরকে উত্তেজিত করা হয়। সেমিকন্ডাক্টর লেজার ডিভাইসগুলির মধ্যে, ডাবল হেটেরোস্ট্রাকচারযুক্ত বৈদ্যুতিকভাবে ইনজেক্টেড GaAs ডায়োড লেজারটির কর্মক্ষমতা উন্নত এবং প্রয়োগক্ষেত্র ব্যাপক।
৩. সেমিকন্ডাক্টর লেজারের প্রধান প্রকারভেদ
একটি সেমিকন্ডাক্টর লেজারের সক্রিয় অঞ্চল হলো ফোটন উৎপাদন ও বিবর্ধনের মূল এলাকা, এবং এর পুরুত্ব মাত্র কয়েক মাইক্রোমিটার। ফোটনের পার্শ্বীয় বিস্তার রোধ করতে এবং শক্তির ঘনত্ব বাড়াতে অভ্যন্তরীণ ওয়েভগাইড কাঠামো (যেমন রিজ ওয়েভগাইড এবং বারিড হেটেরোজংশন) ব্যবহার করা হয়। লেজারটি একটি হিট সিঙ্ক ডিজাইন গ্রহণ করে এবং দ্রুত তাপ অপচয়ের জন্য উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সম্পন্ন উপাদান (যেমন কপার-টাংস্টেন সংকর) নির্বাচন করে, যা অতিরিক্ত উত্তাপের কারণে সৃষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের বিচ্যুতি প্রতিরোধ করতে পারে। তাদের গঠন এবং প্রয়োগের ক্ষেত্র অনুসারে, সেমিকন্ডাক্টর লেজারকে নিম্নলিখিত চারটি শ্রেণীতে ভাগ করা যায়:
প্রান্ত-নিঃসরণকারী লেজার (EEL)
চিপের পাশের ক্লিভেজ পৃষ্ঠ থেকে লেজার নির্গত হয়, যা প্রায় ৩০°×১০° অপসরণ কোণ সহ একটি উপবৃত্তাকার স্পট তৈরি করে। এর সাধারণ তরঙ্গদৈর্ঘ্যগুলোর মধ্যে রয়েছে ৮০৮ ন্যানোমিটার (পাম্পিংয়ের জন্য), ৯৮০ ন্যানোমিটার (যোগাযোগের জন্য), এবং ১৫৫০ ন্যানোমিটার (ফাইবার যোগাযোগের জন্য)। এটি উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন শিল্প কাটিং, ফাইবার লেজার পাম্পিং উৎস এবং অপটিক্যাল কমিউনিকেশন ব্যাকবোন নেটওয়ার্কে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।
২. উল্লম্ব গহ্বর পৃষ্ঠ নির্গমনকারী লেজার (VCSEL)
লেজারটি চিপের পৃষ্ঠের সাথে লম্বভাবে একটি বৃত্তাকার ও প্রতিসম রশ্মি (অপসরণ কোণ <১৫°) হিসেবে নির্গত হয়। এতে একটি ডিস্ট্রিবিউটেড ব্র্যাগ রিফ্লেক্টর (DBR) সমন্বিত থাকে, যা বাহ্যিক রিফ্লেক্টরের প্রয়োজনীয়তা দূর করে। এটি ৩ডি সেন্সিং (যেমন মোবাইল ফোনের মুখ শনাক্তকরণ), স্বল্প-পাল্লার অপটিক্যাল যোগাযোগ (ডেটা সেন্টার) এবং লাইডার (LiDAR)-এ ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।
৩. কোয়ান্টাম ক্যাসকেড লেজার (QCL)
কোয়ান্টাম ওয়েলগুলির মধ্যে ইলেকট্রনের ক্যাসকেড ট্রানজিশনের উপর ভিত্তি করে, পপুলেশন ইনভার্সনের প্রয়োজন ছাড়াই তরঙ্গদৈর্ঘ্যটি মধ্য-থেকে-দূর-ইনফ্রারেড পরিসর (৩-৩০ μm) জুড়ে বিস্তৃত থাকে। ইন্টারসাবব্যান্ড ট্রানজিশনের মাধ্যমে ফোটন উৎপন্ন হয় এবং এগুলি সাধারণত গ্যাস সেন্সিং (যেমন CO₂ সনাক্তকরণ), টেরাহার্টজ ইমেজিং এবং পরিবেশগত পর্যবেক্ষণের মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত হয়।
টিউনেবল লেজারের এক্সটার্নাল ক্যাভিটি ডিজাইন (গ্রেটিং/প্রিজম/MEMS মিরর) ±৫০ nm তরঙ্গদৈর্ঘ্য টিউনিং পরিসীমা অর্জন করতে পারে, যার একটি সংকীর্ণ লাইনউইডথ (<১০০ kHz) এবং একটি উচ্চ সাইড-মোড রিজেকশন রেশিও (>৫০ dB) থাকে। এটি সাধারণত ডেন্স ওয়েভলেংথ ডিভিশন মাল্টিপ্লেক্সিং (DWDM) কমিউনিকেশন, স্পেকট্রাল অ্যানালাইসিস এবং বায়োমেডিকেল ইমেজিং-এর মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহৃত হয়। সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি কমিউনিকেশন লেজার ডিভাইস, ডিজিটাল লেজার স্টোরেজ ডিভাইস, লেজার প্রসেসিং সরঞ্জাম, লেজার মার্কিং এবং প্যাকেজিং সরঞ্জাম, লেজার টাইপসেটিং এবং প্রিন্টিং, লেজার মেডিকেল সরঞ্জাম, লেজার দূরত্ব এবং কলিমেশন সনাক্তকরণ যন্ত্র, বিনোদন এবং শিক্ষার জন্য লেজার যন্ত্র ও সরঞ্জাম, লেজার উপাদান এবং যন্ত্রাংশ ইত্যাদিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এগুলি লেজার শিল্পের মূল উপাদানগুলির অন্তর্ভুক্ত। এর বিস্তৃত প্রয়োগের কারণে, লেজারের অসংখ্য ব্র্যান্ড এবং প্রস্তুতকারক রয়েছে। পছন্দের সময়, এটি নির্দিষ্ট প্রয়োজন এবং প্রয়োগ ক্ষেত্রের উপর ভিত্তি করে হওয়া উচিত। বিভিন্ন প্রস্তুতকারকের বিভিন্ন ক্ষেত্রে বিভিন্ন প্রয়োগ রয়েছে, এবং প্রকল্পের প্রকৃত প্রয়োগ ক্ষেত্র অনুযায়ী প্রস্তুতকারক এবং লেজার নির্বাচন করা উচিত।
পোস্ট করার সময়: ০৫-নভেম্বর-২০২৫