အလုပ်လုပ်ပုံနိယာမနှင့် semiconductor laser ၏ အဓိကအမျိုးအစားများ

အလုပ်လုပ်ပုံ အခြေခံမူနှင့် အဓိက အမျိုးအစားများတစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း လေဆာ

တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းလေဆာဒိုင်အိုဒ်များ၎င်းတို့၏ မြင့်မားသောစွမ်းဆောင်ရည်၊ သေးငယ်ခြင်းနှင့် လှိုင်းအလျားကွဲပြားမှုတို့ဖြင့် ဆက်သွယ်ရေး၊ ဆေးဘက်ဆိုင်ရာစောင့်ရှောက်မှုနှင့် စက်မှုလုပ်ငန်းဆိုင်ရာ လုပ်ငန်းစဉ်များကဲ့သို့သော နယ်ပယ်များတွင် optoelectronic နည်းပညာ၏ အဓိကအစိတ်အပိုင်းများအဖြစ် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်အသုံးပြုကြသည်။ ဤဆောင်းပါးသည် optoelectronic သုတေသီအများစု၏ ရွေးချယ်မှုအတွက် အဆင်ပြေသော semiconductor laser အမျိုးအစားများ၏ အလုပ်လုပ်ပုံနိယာမနှင့် ထပ်မံမိတ်ဆက်ပေးပါသည်။

၁။ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းလေဆာများ၏ အလင်းထုတ်လွှတ်မှုနိယာမ

တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းလေဆာများ၏ luminescence နိယာမသည် တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းပစ္စည်းများ၏ band structure၊ electronic transitions နှင့် stimulated emission တို့အပေါ် အခြေခံသည်။ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းများသည် valence band နှင့် conduction band ပါဝင်သော bandgap ရှိသော ပစ္စည်းအမျိုးအစားတစ်ခုဖြစ်သည်။ ပစ္စည်းသည် ground state တွင်ရှိနေချိန်တွင် conduction band တွင် အီလက်ထရွန်မရှိသော်လည်း အီလက်ထရွန်များသည် valence band ကိုဖြည့်သည်။ တိကျသောလျှပ်စစ်စက်ကွင်းတစ်ခုကို ပြင်ပသို့အသုံးချသောအခါ သို့မဟုတ် လျှပ်စီးကြောင်းထိုးသွင်းသောအခါ အီလက်ထရွန်အချို့သည် valence band မှ conduction band သို့ကူးပြောင်းပြီး အီလက်ထရွန်-hole အတွဲများကိုဖွဲ့စည်းသည်။ စွမ်းအင်ထုတ်လွှတ်မှုလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း ဤအီလက်ထရွန်-hole အတွဲများကို ပြင်ပကမ္ဘာမှလှုံ့ဆော်သောအခါ ဖိုတွန်များ၊ ဆိုလိုသည်မှာ လေဆာများ ထွက်ပေါ်လာလိမ့်မည်။

၂။ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကာလေဆာများ၏ လှုံ့ဆော်မှုနည်းလမ်းများ

တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းလေဆာများအတွက် အဓိကအားဖြင့် လှုံ့ဆော်မှုနည်းလမ်းသုံးမျိုးရှိပြီး ၎င်းတို့မှာ electrical injection အမျိုးအစား၊ optical pump အမျိုးအစား နှင့် high-energy electron beam excitation အမျိုးအစား တို့ဖြစ်သည်။

လျှပ်စစ်ထိုးသွင်းထားသော semiconductor lasers: ယေဘုယျအားဖြင့် ၎င်းတို့သည် gallium arsenide (GaAs)၊ cadmium sulfide (CdS)၊ indium phosphide (InP) နှင့် zinc sulfide (ZnS) ကဲ့သို့သော ပစ္စည်းများဖြင့် ပြုလုပ်ထားသော semiconductor surface-junction diodes များဖြစ်သည်။ ၎င်းတို့သည် forward bias တစ်လျှောက် လျှပ်စီးကြောင်းကို ထိုးသွင်းခြင်းဖြင့် လှုံ့ဆော်ပေးပြီး junction plane ဧရိယာတွင် လှုံ့ဆော်ထားသော emission ကို ဖြစ်ပေါ်စေသည်။

အလင်းဖြင့် ပန့်ထုတ်ထားသော တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း လေဆာများ- ယေဘုယျအားဖြင့် N-type သို့မဟုတ် P-type တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း တစ်ခုတည်းသော ပုံဆောင်ခဲများ (GaAS၊ InAs၊ InSb စသည်) ကို အလုပ်လုပ်သော အရာအဖြစ် အသုံးပြုပြီးလေဆာအခြားလေဆာများမှထုတ်လွှတ်သောအရာကို optically pumped excitation အဖြစ်အသုံးပြုသည်။

မြင့်မားသောစွမ်းအင်ရှိသော အီလက်ထရွန်ရောင်ခြည်-လှုံ့ဆော်ပေးသော တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းလေဆာများ- ယေဘုယျအားဖြင့် ၎င်းတို့သည် N-type သို့မဟုတ် P-type တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းတစ်ခုတည်း (PbS၊ CdS၊ ZhO စသည်) ကိုလည်း အလုပ်လုပ်သောပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုပြီး အပြင်ဘက်မှ မြင့်မားသောစွမ်းအင်ရှိသော အီလက်ထရွန်ရောင်ခြည်ကို ထိုးသွင်းခြင်းဖြင့် လှုံ့ဆော်ပေးပါသည်။ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းလေဆာကိရိယာများထဲတွင် ပိုမိုကောင်းမွန်သောစွမ်းဆောင်ရည်နှင့် ပိုမိုကျယ်ပြန့်သောအသုံးချမှုရှိသောတစ်ခုမှာ နှစ်ထပ် heterostructure ရှိသော လျှပ်စစ်ဖြင့်ထိုးသွင်းထားသော GaAs diode laser ဖြစ်သည်။

၃။ အဓိက တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်း လေဆာ အမျိုးအစားများ

တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းလေဆာ၏ တက်ကြွသောဒေသသည် ဖိုတွန်ထုတ်လုပ်ခြင်းနှင့် ချဲ့ထွင်ခြင်းအတွက် အဓိကနေရာဖြစ်ပြီး ၎င်း၏အထူမှာ မိုက်ခရိုမီတာအနည်းငယ်သာရှိသည်။ အတွင်းပိုင်းလှိုင်းလမ်းညွှန်ဖွဲ့စည်းပုံများကို ဖိုတွန်များ၏ ဘေးတိုက်ပျံ့နှံ့မှုကို ကန့်သတ်ရန်နှင့် စွမ်းအင်သိပ်သည်းဆ (ဥပမာ ridge waveguides နှင့် buried heterojunctions) မြှင့်တင်ရန် အသုံးပြုသည်။ လေဆာသည် အပူစုပ်ကန်ဒီဇိုင်းကို လက်ခံကျင့်သုံးပြီး အပူလျင်မြန်စွာပျံ့နှံ့စေရန်အတွက် အပူစီးကူးမှုမြင့်မားသောပစ္စည်းများ (ဥပမာ ကြေးနီ-တန်စတင်သတ္တုစပ်) ကို ရွေးချယ်ပြီး အပူလွန်ကဲခြင်းကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော လှိုင်းအလျားရွေ့လျားမှုကို ကာကွယ်ပေးသည်။ ၎င်းတို့၏ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် အသုံးချမှုအခြေအနေများအရ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းလေဆာများကို အောက်ပါအမျိုးအစားလေးမျိုးခွဲခြားနိုင်သည်-

အနားသတ်ထုတ်လွှတ်သော လေဆာ (EEL)

လေဆာကို ချစ်ပ်၏ဘေးရှိ cleavage မျက်နှာပြင်မှ ထုတ်လွှတ်ပြီး elliptical spot (ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 30°×10° ၏ divergence Angle ဖြင့်) ကို ဖွဲ့စည်းသည်။ ပုံမှန် wavelength များတွင် 808nm (pumping အတွက်)၊ 980 nm (communication အတွက်) နှင့် 1550 nm (fiber communication အတွက်) တို့ ပါဝင်သည်။ ၎င်းကို ပါဝါမြင့် စက်မှုလုပ်ငန်းဖြတ်တောက်ခြင်း၊ fiber laser pumping sources များနှင့် optical communication backbone networks များတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် အသုံးပြုကြသည်။

၂။ ဒေါင်လိုက် အခေါင်းပေါက် မျက်နှာပြင် ထုတ်လွှင့်သော လေဆာ (VCSEL)

လေဆာကို ချစ်ပ်၏မျက်နှာပြင်နှင့် ထောင့်မှန်ကျစွာ ထုတ်လွှတ်ပြီး စက်ဝိုင်းပုံနှင့် ညီမျှသော ရောင်ခြည် (divergence Angle <15°) ဖြင့် ဖြစ်သည်။ ၎င်းတွင် ဖြန့်ဝေထားသော Bragg ရောင်ပြန်ဟပ်ကိရိယာ (DBR) ကို ပေါင်းစပ်ထားသောကြောင့် ပြင်ပရောင်ပြန်ဟပ်ကိရိယာ မလိုအပ်တော့ပါ။ ၎င်းကို 3D sensing (မိုဘိုင်းဖုန်း မျက်နှာမှတ်မိခြင်းကဲ့သို့)၊ အနီးကပ်အလင်းဆက်သွယ်ရေး (ဒေတာစင်တာများ) နှင့် LiDAR တို့တွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် အသုံးပြုကြသည်။

၃။ ကွမ်တမ် ကက်စကိတ် လေဆာ (QCL)

ကွမ်တမ်ဝဲလ်များအကြား အီလက်ထရွန်များ၏ cascade အကူးအပြောင်းအပေါ်အခြေခံ၍ wavelength သည် population inversion မလိုအပ်ဘဲ အလယ်အလတ်မှ ဝေးလံသော အနီအောက်ရောင်ခြည် အကွာအဝေး (3-30 μm) အထိ လွှမ်းခြုံထားသည်။ ဖိုတွန်များကို intersubband အကူးအပြောင်းများမှတစ်ဆင့် ထုတ်လုပ်ပြီး ဓာတ်ငွေ့ sensing (CO₂ ထောက်လှမ်းခြင်းကဲ့သို့)၊ terahertz imaging နှင့် ပတ်ဝန်းကျင်စောင့်ကြည့်ခြင်းကဲ့သို့သော အသုံးချမှုများတွင် အသုံးများသည်။

4. ချိန်ညှိနိုင်သော လေဆာ

ချိန်ညှိနိုင်သော လေဆာ၏ ပြင်ပအခေါင်းပေါက်ဒီဇိုင်း (grating/prism/MEMS မှန်) သည် ±50 nm ၏ wavelength tuning range ကို ရရှိနိုင်ပြီး၊ ကျဉ်းမြောင်းသော linewidth (<100 kHz) နှင့် မြင့်မားသော side-mode rejection ratio (>50 dB) ရှိသည်။ ၎င်းကို dense wavelength division multiplexing (DWDM) ဆက်သွယ်ရေး၊ spectral analysis နှင့် biomedical imaging ကဲ့သို့သော application များတွင် အသုံးများသည်။ semiconductor laser များကို ဆက်သွယ်ရေး laser devices များ၊ digital laser storage devices များ၊ laser processing equipment များ၊ laser marking နှင့် packaging equipment များ၊ laser typesetting နှင့် printing၊ laser medical equipment များ၊ laser distance နှင့် collimation detection tools များ၊ ဖျော်ဖြေရေးနှင့် ပညာရေးအတွက် laser tools များနှင့် equipment များ၊ laser components များနှင့် parts များ စသည်တို့တွင် တွင်ကျယ်စွာ အသုံးပြုကြသည်။ ၎င်းတို့သည် laser industry ၏ အဓိက components များဖြစ်သည်။ ၎င်း၏ ကျယ်ပြန့်သော application များကြောင့် lasers အမှတ်တံဆိပ်များနှင့် ထုတ်လုပ်သူများစွာ ရှိပါသည်။ ရွေးချယ်မှုပြုလုပ်သည့်အခါ သီးခြားလိုအပ်ချက်များနှင့် application နယ်ပယ်များအပေါ် အခြေခံသင့်သည်။ မတူညီသော ထုတ်လုပ်သူများတွင် မတူညီသော application များရှိပြီး ထုတ်လုပ်သူများနှင့် lasers များကို ရွေးချယ်ခြင်းကို project ၏ အမှန်တကယ် application နယ်ပယ်အလိုက် ပြုလုပ်သင့်သည်။