سیمی کنڈکٹر لیزرز کیا ہے؟ (حصہ Ⅰ)

پہلی ایجاد کے بعد سےسیمی کنڈکٹر لیزرز1962 میں دنیا میں، سیمی کنڈکٹر لیزر میں بڑی تبدیلیاں آئی ہیں، جس نے دیگر سائنس اور ٹیکنالوجی کی ترقی کو بہت فروغ دیا ہے، اور اسے 20ویں صدی کی اہم ایجادات میں سے ایک سمجھا جاتا ہے۔ حالیہ دہائیوں میں، سیمی کنڈکٹر لیزر کی ترقی زیادہ تیزی سے ہوئی ہے اور یہ دنیا کی تیز ترین ترقی پذیر لیزر ٹیکنالوجی بن گئی ہے۔ سیمی کنڈکٹر لیزرز کا اطلاق آپٹو الیکٹرانکس کے پورے شعبے کا احاطہ کرتا ہے اور یہ آپٹو الیکٹرانکس سائنس کی بنیادی ٹیکنالوجی بن گئی ہے۔ چھوٹے سائز، سادہ ساخت، کم ان پٹ انرجی، لمبی زندگی، ماڈیول کرنے میں آسانی، اور کم قیمت کے فوائد کی وجہ سے، سیمی کنڈکٹر لیزر کو آپٹو الیکٹرانکس کے شعبے میں بڑے پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے اور دنیا بھر کے ممالک نے اس کی بہت زیادہ قدر کی ہے۔

1. سیمی کنڈکٹر لیزرز

سیمی کنڈکٹر لیزر ایک قسم کا چھوٹا لیزر ہے جو Pn جنکشن یا ڈائریکٹ بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر مواد کے پن پر مشتمل ہوتا ہے۔ سیمی کنڈکٹر لیزر سے کام کرنے والے مادے کی درجنوں اقسام ہیں۔ فی الوقت جن سیمی کنڈکٹر مواد کو لیزر بنایا گیا ہے وہ ہیں گیلیم آرسنائیڈ، انڈیم آرسنائیڈ، انڈیم اینٹیمونائیڈ، کیڈمیم سلفائیڈ، کیڈمیم ٹیلورائیڈ، لیڈ سیلینائیڈ، لیڈ ٹیلورائیڈ، ایلومینیم گیلیم آرسینک، انڈیم فاسفورس آرسینک وغیرہ۔ سیمی کنڈکٹر لیزر کے تین قسم کے اتیجیت کے طریقے ہیں، یعنی الیکٹرک انجیکشن، آپٹیکل پمپ، اور ہائی انرجی الیکٹران بیم ایکسائٹیشن۔ زیادہ تر سیمی کنڈکٹر لیزرز کا ایکسائٹیشن موڈ الیکٹرک انجیکشن ہے، یعنی جنکشن پلین ریجن میں محرک اخراج پیدا کرنے کے لیے فارورڈ وولٹیج Pn جنکشن پر لاگو کیا جاتا ہے، یعنی یہ فارورڈ بائیزڈ ڈائیوڈ ہے۔ لہذا، سیمی کنڈکٹر لیزر کو سیمی کنڈکٹر لیزر ڈایڈڈ بھی کہا جاتا ہے۔ سیمی کنڈکٹرز کے لیے، چونکہ الیکٹران مجرد توانائی کی سطحوں کے بجائے انرجی بینڈز کے درمیان منتقلی کرتے ہیں، اس لیے منتقلی توانائی ایک خاص قدر نہیں ہے، جو سیمی کنڈکٹر لیزر کی آؤٹ پٹ ویو لینتھ کو وسیع رینج میں پھیلا دیتی ہے۔ وہ 0.3 سے 34μm تک طول موج کا اخراج کرتے ہیں۔ طول موج کی حد استعمال شدہ مواد کے بینڈ گیپ پر منحصر ہے۔ عام AlGaAs ڈبل ہیٹروجنکشن لیزر کی آؤٹ پٹ ویو لینتھ 750 ~ 890nm ہے۔

سیمی کنڈکٹر لیزرز پروڈکشن ٹیکنالوجی نے ڈفیوژن طریقہ سے لیکویڈ فیز ایپیٹیکسی (ایل پی ای)، گیس فیز ایپیٹیکسی (وی پی ای)، مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی (ایم بی ای)، ایم او سی وی ڈی طریقہ (نامیاتی دھاتی بخارات جمع کرنے)، کیمیکل بیم ایپیٹیکسی (سی بی ای) اور ان کے مختلف طریقوں کا تجربہ کیا ہے۔ مختلف عملوں کا مجموعہ۔ سیمی کنڈکٹر لیزر کا نقصان یہ ہے کہ لیزر کی کارکردگی درجہ حرارت سے متاثر ہوتی ہے، اور شہتیر کا ڈائیورجن اینگل بڑا ہوتا ہے (عام طور پر کئی ڈگری اور 20 ڈگری کے درمیان)، اس لیے یہ ڈائرکٹیوٹی، یک رنگی خاصیت، اور ہم آہنگی میں ناقص ہے۔ لیکن سائنس اور ٹیکنالوجی کی تیز رفتار ترقی کے ساتھ، ڈی پی ایس ایس لیزرز کی تحقیق گہرائی کی سمت میں آگے بڑھ رہی ہے، اور سیمی کنڈکٹر لیزر کی کارکردگی میں مسلسل بہتری آ رہی ہے۔ سیمی کنڈکٹر لیزر کے ساتھ سیمی کنڈکٹر آپٹو الیکٹرانکس ٹیکنالوجی بنیادی طور پر زیادہ ترقی کرے گی اور 21 ویں صدی کے انفارمیشن سوسائٹی میں بڑا کردار ادا کرے گی۔

2. سیمی کنڈکٹر لیزرز کے کام کرنے والے اصول

سیمی کنڈکٹر لیزر ایک مربوط تابکاری کا ذریعہ ہے۔ لیزر پیدا کرنے کے لیے تین بنیادی شرائط کو پورا کرنا ضروری ہے۔

① حاصل کی حالت: اتیجیت میڈیم (ایکٹو ریجن) میں چارج کیریئرز کی الٹی تقسیم قائم ہے۔ سیمی کنڈکٹرز میں، الیکٹران کی توانائی تقریباً مسلسل توانائی کی سطحوں کی ایک سیریز سے ظاہر ہوتی ہے۔ یہ یکساں یا ہیٹروجنکشن پر فارورڈ تعصب کا اطلاق کرکے اور نچلے والینس بینڈ سے ہائی کنڈکشن بینڈ تک الیکٹرانوں کو اکسانے کے لیے ضروری چارج کیریئرز کو فعال پرت میں انجیکشن کرکے حاصل کیا جاتا ہے۔ محرک اخراج اس وقت ہوتا ہے جب الٹ پارٹیکل آبادی کی حالت میں الیکٹران کی ایک بڑی تعداد سوراخوں کے ساتھ دوبارہ جوڑتی ہے۔

②درحقیقت مربوط پرجوش تابکاری حاصل کرنے کے لیے، آپٹیکل ریزونیٹر میں پرجوش تابکاری کو ایک سے زیادہ فیڈ بیک حاصل کرنے اور لیزر دولن بنانے کے لیے ضروری ہے، لیزر کی گونج سیمی کنڈکٹر کرسٹل کی قدرتی درار کی سطح سے آئینے کے طور پر بنتی ہے، عام طور پر آخر میں ہائی الٹی ملٹی لیئر ڈائی الیکٹرک فلم پر لائٹ چڑھانا، اور کم الٹی فلم پر ہموار سطح چڑھانا۔ Fp cavity (Fabry-Perot cavity) سیمی کنڈکٹر لیزر کے لیے، FP cavity آسانی سے کرسٹل کے pn جنکشن ہوائی جہاز پر کھڑے قدرتی کلیویج جہاز کے ذریعے تعمیر کی جا سکتی ہے۔

③مستحکم دولن بنانے کے لیے، لیزر میڈیم کو گونجنے والی گہا اور گہا کی سطح سے لیزر آؤٹ پٹ کی وجہ سے ہونے والے آپٹیکل نقصان کو پورا کرنے کے لیے کافی فائدہ فراہم کرنے کے قابل ہونا چاہیے، اور گہا میں آپٹیکل فیلڈ کو مسلسل بڑھانا چاہیے۔ اس کے لیے کافی مضبوط کرنٹ انجیکشن کی ضرورت ہے، یعنی کافی ذرہ نمبر الٹا۔ پارٹیکل نمبر کے الٹ جانے کی ڈگری جتنی زیادہ ہوگی، اتنا ہی زیادہ فائدہ ہوگا، یعنی ایک مخصوص موجودہ حد کی شرط کو پورا کرنا ضروری ہے۔ جب لیزر دہلیز پر پہنچ جاتا ہے تو، ایک مخصوص طول موج کے ساتھ روشنی گہا میں گونج سکتی ہے اور اس کو بڑھایا جا سکتا ہے، اور آخر میں ایک لیزر اور مسلسل پیداوار بناتا ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ الیکٹران اور ہول کی ڈوپول ٹرانزیشن سیمی کنڈکٹر لیزرز میں روشنی کے اخراج اور روشنی کی افزائش کا بنیادی عمل ہے۔ نئے سیمی کنڈکٹر لیزر کے لیے، یہ عام طور پر قبول کیا جاتا ہے کہ لیزرز کی ترقی کے لیے کوانٹم ویل بنیادی محرک قوت ہے۔ یہ سوال کہ آیا کوانٹم تاریں اور نقطے کوانٹم اثرات سے بھرپور فائدہ اٹھا سکتے ہیں، اس صدی میں اچھی طرح پھیل چکا ہے۔ سائنسدانوں نے مختلف مواد میں کوانٹم ڈاٹس بنانے کے لیے خود کو منظم کرنے والے ڈھانچے کے ساتھ تجربہ کیا ہے، اور GaInN کوانٹم نقطوں کو سیمی کنڈکٹر لیزرز میں استعمال کیا گیا ہے۔

partⅡ میں منتقلی اس کی تاریخ اور اطلاق کو سمجھتی ہے۔

رابطے کی معلومات:

اگر آپ کے پاس کوئی آئیڈیا ہے تو بلا جھجھک ہم سے بات کریں۔ اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے کہ ہمارے گاہک کہاں ہیں اور ہماری ضروریات کیا ہیں، ہم اپنے صارفین کو اعلیٰ معیار، کم قیمتوں اور بہترین سروس فراہم کرنے کے اپنے مقصد کی پیروی کریں گے۔