সেমিকন্ডাক্টর লেজার কি?

1962 সালে বিশ্বের প্রথম সেমিকন্ডাক্টর লেজারের আবিষ্কারের পর থেকে, সেমিকন্ডাক্টর লেজারে ব্যাপক পরিবর্তন হয়েছে, যা অন্যান্য বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির বিকাশকে ব্যাপকভাবে প্রচার করেছে এবং এটি বিংশ শতাব্দীর সর্বশ্রেষ্ঠ মানব আবিষ্কারগুলির মধ্যে একটি বলে বিবেচিত হয়। গত দশ বছরে, সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি আরও দ্রুত বিকশিত হয়েছে এবং বিশ্বের দ্রুততম ক্রমবর্ধমান লেজার প্রযুক্তিতে পরিণত হয়েছে। সেমিকন্ডাক্টর লেজারের প্রয়োগের পরিসর অপটোইলেক্ট্রনিক্সের সমগ্র ক্ষেত্রকে কভার করে এবং আজকের অপটোইলেক্ট্রনিক্স বিজ্ঞানের মূল প্রযুক্তিতে পরিণত হয়েছে। ছোট আকার, সাধারণ কাঠামো, কম ইনপুট শক্তি, দীর্ঘ জীবন, সহজ মড্যুলেশন এবং কম দামের সুবিধার কারণে, সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি অপটোইলেক্ট্রনিক্সের ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় এবং সারা বিশ্বের দেশগুলির দ্বারা অত্যন্ত মূল্যবান।

সেমিকন্ডাক্টর লেজার
A সেমিকন্ডাক্টর লেজারএকটি ক্ষুদ্রাকৃতির লেজার যা কার্যকারী পদার্থ হিসাবে একটি সরাসরি ব্যান্ড গ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর উপাদান দ্বারা গঠিত একটি Pn জংশন বা পিন জংশন ব্যবহার করে। কয়েক ডজন সেমিকন্ডাক্টর লেজারের কাজের উপকরণ রয়েছে। লেজারে যে অর্ধপরিবাহী পদার্থগুলি তৈরি করা হয়েছে তার মধ্যে রয়েছে গ্যালিয়াম আর্সেনাইড, ইন্ডিয়াম আর্সেনাইড, ইন্ডিয়াম অ্যান্টিমোনাইড, ক্যাডমিয়াম সালফাইড, ক্যাডমিয়াম টেলুরাইড, সীসা সেলেনাইড, সীসা টেল্যুরাইড, অ্যালুমিনিয়াম গ্যালিয়াম আর্সেনাইড, ইন্ডিয়াম ফসফরাস, আর্সেনিক ইত্যাদি। তিনটি প্রধান সেমিকন্ডাক্টর পদ্ধতি রয়েছে। লেজার, যথা বৈদ্যুতিক ইনজেকশন টাইপ, অপটিক্যাল পাম্প টাইপ এবং উচ্চ-শক্তি ইলেক্ট্রন বিম উত্তেজনার ধরন। বেশিরভাগ সেমিকন্ডাক্টর লেজারের উত্তেজনা পদ্ধতি হল বৈদ্যুতিক ইনজেকশন, অর্থাৎ, জংশন সমতল অঞ্চলে উদ্দীপিত নির্গমন উৎপন্ন করতে Pn জংশনে একটি ফরোয়ার্ড ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হয়, অর্থাৎ একটি ফরোয়ার্ড-বায়াসড ডায়োড। তাই, সেমিকন্ডাক্টর লেজারকে সেমিকন্ডাক্টর লেজার ডায়োডও বলা হয়। সেমিকন্ডাক্টরদের জন্য, যেহেতু ইলেকট্রন বিযুক্ত শক্তি স্তরের পরিবর্তে শক্তি ব্যান্ডের মধ্যে স্থানান্তরিত হয়, তাই রূপান্তর শক্তি একটি নির্দিষ্ট মান নয়, যা অর্ধপরিবাহী লেজারগুলির আউটপুট তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে বিস্তৃত পরিসরে ছড়িয়ে দেয়। পরিসীমা উপর তারা যে তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্গত করে তা 0.3 এবং 34 μm এর মধ্যে। তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসীমা ব্যবহৃত উপাদানের শক্তি ব্যান্ড ফাঁক দ্বারা নির্ধারিত হয়। সবচেয়ে সাধারণ হল AlGaAs ডাবল হেটারোজংশন লেজার, যার আউটপুট তরঙ্গদৈর্ঘ্য 750-890 nm।
সেমিকন্ডাক্টর লেজার ফ্যাব্রিকেশন প্রযুক্তিটি ডিফিউশন পদ্ধতি থেকে তরল ফেজ এপিটাক্সি (এলপিই), বাষ্প ফেজ এপিটাক্সি (ভিপিই), আণবিক বিম এপিটাক্সি (এমবিই), এমওসিভিডি পদ্ধতি (ধাতু জৈব যৌগ বাষ্প জমা), রাসায়নিক বিম এপিটাক্সি (সিবিই) পর্যন্ত অভিজ্ঞতা পেয়েছে। এবং তাদের বিভিন্ন সমন্বয়। সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির সবচেয়ে বড় অসুবিধা হল যে লেজারের কার্যকারিতা তাপমাত্রার দ্বারা ব্যাপকভাবে প্রভাবিত হয়, এবং বিমের বিচ্যুতি কোণটি বড় (সাধারণত কয়েক ডিগ্রি এবং 20 ডিগ্রির মধ্যে), তাই এটি নির্দেশকতা, একরঙাতা এবং সুসংগততায় দুর্বল। যাইহোক, বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির দ্রুত বিকাশের সাথে, সেমিকন্ডাক্টর লেজারের গবেষণা গভীরতার দিকে অগ্রসর হচ্ছে এবং সেমিকন্ডাক্টর লেজারের কর্মক্ষমতা ক্রমাগত উন্নত হচ্ছে। সেমিকন্ডাক্টর অপটোইলেক্ট্রনিক প্রযুক্তি সেমিকন্ডাক্টর লেজারের সাথে কোর হিসাবে বৃহত্তর অগ্রগতি করবে এবং 21 শতকের তথ্য সমাজে আরও বড় ভূমিকা পালন করবে।

সেমিকন্ডাক্টর লেজার কিভাবে কাজ করে?
A সেমিকন্ডাক্টর লেজারএকটি সুসংগত বিকিরণ উৎস। এটি লেজারের আলো তৈরি করতে, তিনটি মৌলিক শর্ত পূরণ করতে হবে:
1. লাভের অবস্থা: লেজিং মিডিয়াম (সক্রিয় অঞ্চল) বাহকগুলির বিপরীত বন্টন প্রতিষ্ঠিত হয়। সেমিকন্ডাক্টরে, ইলেক্ট্রন শক্তির প্রতিনিধিত্বকারী শক্তি ব্যান্ডটি ধারাবাহিক শক্তির স্তরগুলির একটি সিরিজের সমন্বয়ে গঠিত। অতএব, অর্ধপরিবাহীতে জনসংখ্যার বিপরীততা অর্জনের জন্য, উচ্চ-শক্তির অবস্থার পরিবাহী ব্যান্ডের নীচে ইলেকট্রনের সংখ্যা কম-শক্তির ভ্যালেন্স ব্যান্ডের শীর্ষে থাকা গর্তের সংখ্যার চেয়ে অনেক বেশি হতে হবে। দুটি শক্তি ব্যান্ড অঞ্চলের মধ্যে অবস্থা। হেটারোজংশনটি সক্রিয় স্তরে প্রয়োজনীয় বাহকগুলিকে ইনজেকশনের জন্য পক্ষপাতমূলকভাবে কম শক্তি সহ ভ্যালেন্স ব্যান্ড থেকে উচ্চ শক্তি সহ পরিবাহী ব্যান্ডে ইলেকট্রনকে উত্তেজিত করতে। উদ্দীপিত নির্গমন ঘটে যখন জনসংখ্যার বিপরীত অবস্থার একটি বড় সংখ্যক ইলেকট্রন গর্তের সাথে পুনরায় মিলিত হয়।
2. প্রকৃতপক্ষে সুসঙ্গত উদ্দীপিত বিকিরণ পেতে, উদ্দীপিত বিকিরণকে অপটিক্যাল রেজোনেটরে একাধিকবার ফিড করতে হবে যাতে লেজার দোলন তৈরি হয়। লেজার রেজোনেটরটি সেমিকন্ডাক্টর ক্রিস্টালের প্রাকৃতিক ক্লিভেজ পৃষ্ঠ দ্বারা একটি আয়না হিসাবে গঠিত হয়, সাধারণত শেষের দিকে যেটি আলো নির্গত হয় না সেটি একটি উচ্চ-প্রতিফলন বহুস্তরীয় অস্তরক ফিল্মের সাথে লেপা হয় এবং আলো-নিঃসরণকারী পৃষ্ঠটি একটি বিরোধী দ্বারা আবৃত হয়। প্রতিফলন ফিল্ম। F-p গহ্বর (Fabry-Perot cavity) সেমিকন্ডাক্টর লেজারের জন্য, P-n জংশন সমতলে ক্রিস্টাল লম্বের প্রাকৃতিক ক্লিভেজ প্লেন ব্যবহার করে F-p গহ্বর সহজেই তৈরি করা যেতে পারে।
3. একটি স্থিতিশীল দোলন গঠনের জন্য, লেজার মাধ্যমটিকে অবশ্যই অনুরণনকারীর দ্বারা সৃষ্ট অপটিক্যাল ক্ষতি এবং গহ্বরের পৃষ্ঠ থেকে লেজারের আউটপুট ইত্যাদির কারণে ক্ষতিপূরণের জন্য যথেষ্ট পরিমাণে বড় লাভ প্রদান করতে সক্ষম হতে হবে এবং ক্রমাগতভাবে গহ্বর মধ্যে অপটিক্যাল ক্ষেত্র বৃদ্ধি. এটির জন্য একটি শক্তিশালী যথেষ্ট বর্তমান ইনজেকশন প্রয়োজন, অর্থাৎ, যথেষ্ট জনসংখ্যার বিপর্যয় রয়েছে, জনসংখ্যার বিপরীতের মাত্রা যত বেশি হবে, প্রাপ্ত লাভ তত বেশি হবে, অর্থাৎ একটি নির্দিষ্ট বর্তমান থ্রেশহোল্ড শর্ত পূরণ করতে হবে। যখন লেজার থ্রেশহোল্ডে পৌঁছায়, একটি নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো গহ্বরে অনুরণিত হতে পারে এবং প্রশস্ত হতে পারে এবং অবশেষে একটি লেজার এবং ক্রমাগত আউটপুট গঠন করে। এটি দেখা যায় যে সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলিতে, ইলেকট্রন এবং গর্তের ডাইপোল স্থানান্তর হল আলো নির্গমন এবং আলোর পরিবর্ধনের মৌলিক প্রক্রিয়া। নতুন সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির জন্য, এটি বর্তমানে স্বীকৃত যে কোয়ান্টাম কূপগুলি সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির বিকাশের জন্য মৌলিক চালিকা শক্তি। কোয়ান্টাম তার এবং কোয়ান্টাম ডট কোয়ান্টাম প্রভাবের সম্পূর্ণ সুবিধা নিতে পারে কিনা তা এই শতাব্দীতে প্রসারিত করা হয়েছে। বিজ্ঞানীরা বিভিন্ন উপকরণে কোয়ান্টাম ডট তৈরি করতে স্ব-সংগঠিত কাঠামো ব্যবহার করার চেষ্টা করেছেন, এবং GaInN কোয়ান্টাম ডটগুলি সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলিতে ব্যবহার করা হয়েছে।

সেমিকন্ডাক্টর লেজারের বিকাশের ইতিহাস
দ্যসেমিকন্ডাক্টর লেজার1960-এর দশকের গোড়ার দিকে হোমোজাংশন লেজারগুলি ছিল, যেগুলি একটি উপাদানে তৈরি পিএন জংশন ডায়োড ছিল। ফরোয়ার্ড বৃহৎ কারেন্ট ইনজেকশনের অধীনে, ইলেকট্রনগুলি অবিচ্ছিন্নভাবে p অঞ্চলে ইনজেকশন করা হয় এবং গর্তগুলি ক্রমাগত n অঞ্চলে ইনজেকশন করা হয়। অতএব, বাহক বন্টনের বিপরীতটি মূল pn জংশন হ্রাস অঞ্চলে উপলব্ধি করা হয়। যেহেতু ইলেক্ট্রনের স্থানান্তর গতি গর্তের চেয়ে দ্রুত, তাই সক্রিয় অঞ্চলে বিকিরণ এবং পুনর্মিলন ঘটে এবং প্রতিপ্রভ নির্গত হয়। লেসিং, একটি সেমিকন্ডাক্টর লেজার যা শুধুমাত্র ডালে কাজ করতে পারে। সেমিকন্ডাক্টর লেজারের বিকাশের দ্বিতীয় পর্যায় হল হেটেরোস্ট্রাকচার সেমিকন্ডাক্টর লেজার, যা বিভিন্ন ব্যান্ড গ্যাপ যেমন GaAs এবং GaAlAs সহ সেমিকন্ডাক্টর পদার্থের দুটি পাতলা স্তর দিয়ে গঠিত এবং একক হেটেরোস্ট্রাকচার লেজার প্রথম আবির্ভূত হয় (1969)। থ্রেশহোল্ড কারেন্ট ডেনসিটি কমানোর জন্য সিঙ্গেল হেটারোজাংশন ইনজেকশন লেজার (SHLD) GaAsP-N জংশনের p অঞ্চলের মধ্যে থাকে, যা হোমোজাংশন লেজারের চেয়ে কম মাত্রার ক্রম, কিন্তু একক হেটারোজাংশন লেজার এখনও অবিরত কাজ করতে পারে না। কক্ষ তাপমাত্রায়.
1970-এর দশকের শেষের দিক থেকে, সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি স্পষ্টতই দুটি দিকে বিকশিত হয়েছে, একটি তথ্য প্রেরণের উদ্দেশ্যে একটি তথ্য-ভিত্তিক লেজার, এবং অন্যটি অপটিক্যাল শক্তি বৃদ্ধির উদ্দেশ্যে একটি শক্তি-ভিত্তিক লেজার। পাম্প করা সলিড-স্টেট লেজার, হাই-পাওয়ার সেমিকন্ডাক্টর লেজার (100mw এর বেশি ক্রমাগত আউটপুট পাওয়ার এবং 5W এর বেশি পালস আউটপুট পাওয়ারকে হাই-পাওয়ার সেমিকন্ডাক্টর লেজার বলা যেতে পারে) এর মতো অ্যাপ্লিকেশন দ্বারা চালিত।
1990-এর দশকে, একটি অগ্রগতি তৈরি করা হয়েছিল, যা সেমিকন্ডাক্টর লেজারের আউটপুট শক্তিতে উল্লেখযোগ্য বৃদ্ধি, বিদেশে কিলোওয়াট স্তরে উচ্চ-শক্তির সেমিকন্ডাক্টর লেজারের বাণিজ্যিকীকরণ এবং 600W তে পৌঁছানো গার্হস্থ্য নমুনা ডিভাইসগুলির আউটপুট দ্বারা চিহ্নিত করা হয়েছিল। লেজার ব্যান্ডের সম্প্রসারণের দৃষ্টিকোণ থেকে, প্রথম ইনফ্রারেড সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি, তারপরে 670nm লাল সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছিল। তারপরে, 650nm এবং 635nm তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আবির্ভাবের সাথে, নীল-সবুজ এবং নীল-আলো সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলিও একের পর এক সফলভাবে বিকশিত হয়েছিল। বেগুনি এবং এমনকি অতিবেগুনী সেমিকন্ডাক্টর লেজারও 10mW এর ক্রম তৈরি করা হচ্ছে। সারফেস-এমিটিং লেজার এবং উল্লম্ব-গহ্বর পৃষ্ঠ-নির্গত লেজারগুলি 1990-এর দশকের শেষের দিকে দ্রুত বিকাশ লাভ করেছে এবং সুপার-সমান্তরাল অপটোইলেক্ট্রনিক্সে বিভিন্ন ধরনের প্রয়োগ বিবেচনা করা হয়েছে। 980nm, 850nm এবং 780nm ডিভাইসগুলি ইতিমধ্যেই অপটিক্যাল সিস্টেমে ব্যবহারিক। বর্তমানে, গিগাবিট ইথারনেটের উচ্চ-গতির নেটওয়ার্কগুলিতে উল্লম্ব গহ্বরের পৃষ্ঠ নির্গত লেজারগুলি ব্যবহার করা হয়েছে।

সেমিকন্ডাক্টর লেজারের অ্যাপ্লিকেশন
সেমিকন্ডাক্টর লেজার হল এক শ্রেণীর লেজার যা আগে পরিপক্ক হয় এবং দ্রুত অগ্রগতি হয়। তাদের বিস্তৃত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসর, সহজ উৎপাদন, কম খরচে এবং সহজ ভর উৎপাদনের কারণে এবং তাদের ছোট আকার, হালকা ওজন এবং দীর্ঘ জীবনের কারণে, তারা জাত এবং প্রয়োগে দ্রুত বিকাশ লাভ করে। একটি বিস্তৃত পরিসর, বর্তমানে 300 টিরও বেশি প্রজাতি।

1. শিল্প এবং প্রযুক্তিতে আবেদন
1) অপটিক্যাল ফাইবার যোগাযোগ।সেমিকন্ডাক্টর লেজারঅপটিক্যাল ফাইবার যোগাযোগ ব্যবস্থার একমাত্র ব্যবহারিক আলোর উৎস এবং অপটিক্যাল ফাইবার যোগাযোগ সমসাময়িক যোগাযোগ প্রযুক্তির মূলধারায় পরিণত হয়েছে।
2) ডিস্ক অ্যাক্সেস। সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি অপটিক্যাল ডিস্ক মেমরিতে ব্যবহার করা হয়েছে, এবং এর সবচেয়ে বড় সুবিধা হল এটি প্রচুর পরিমাণে শব্দ, পাঠ্য এবং চিত্র তথ্য সংরক্ষণ করে। নীল এবং সবুজ লেজারের ব্যবহার অপটিক্যাল ডিস্কের স্টোরেজ ঘনত্বকে ব্যাপকভাবে উন্নত করতে পারে।
3) বর্ণালী বিশ্লেষণ। দূর-ইনফ্রারেড টিউনেবল সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি পরিবেষ্টিত গ্যাস বিশ্লেষণ, বায়ু দূষণ, অটোমোবাইল নিষ্কাশন ইত্যাদি নিরীক্ষণে ব্যবহার করা হয়েছে। এটি বাষ্প জমার প্রক্রিয়া নিরীক্ষণ করতে শিল্পে ব্যবহার করা যেতে পারে।
4) অপটিক্যাল তথ্য প্রক্রিয়াকরণ. অপটিক্যাল ইনফরমেশন সিস্টেমে সেমিকন্ডাক্টর লেজার ব্যবহার করা হয়েছে। পৃষ্ঠ-নির্গত অর্ধপরিবাহী লেজারগুলির দ্বি-মাত্রিক অ্যারেগুলি অপটিক্যাল সমান্তরাল প্রক্রিয়াকরণ সিস্টেমের জন্য আদর্শ আলোর উত্স, যা কম্পিউটার এবং অপটিক্যাল নিউরাল নেটওয়ার্কগুলিতে ব্যবহৃত হবে।
5) লেজার মাইক্রোফেব্রিকেশন। কিউ-সুইচড সেমিকন্ডাক্টর লেজার দ্বারা উত্পন্ন উচ্চ-শক্তির অতি-সংক্ষিপ্ত আলোর ডালগুলির সাহায্যে, ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটগুলি কাটা, পাঞ্চ করা ইত্যাদি।
6) লেজার অ্যালার্ম। সেমিকন্ডাক্টর লেজার অ্যালার্ম ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, যার মধ্যে চোর অ্যালার্ম, ওয়াটার লেভেল অ্যালার্ম, গাড়ির দূরত্বের অ্যালার্ম ইত্যাদি।
7) লেজার প্রিন্টার। উচ্চ ক্ষমতাসম্পন্ন সেমিকন্ডাক্টর লেজার ব্যবহার করা হয়েছে লেজার প্রিন্টারে। নীল এবং সবুজ লেজার ব্যবহার করে ব্যাপকভাবে মুদ্রণের গতি এবং রেজোলিউশন উন্নত করতে পারে।
8) লেজার বারকোড স্ক্যানার। সেমিকন্ডাক্টর লেজার বার কোড স্ক্যানার ব্যাপকভাবে পণ্য বিক্রয়, এবং বই এবং সংরক্ষণাগার ব্যবস্থাপনায় ব্যবহৃত হয়েছে।
9) পাম্প সলিড-স্টেট লেজার। এটি উচ্চ-শক্তি সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলির একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রয়োগ। মূল বায়ুমণ্ডল বাতি প্রতিস্থাপন করতে এটি ব্যবহার করে একটি অল-সলিড-স্টেট লেজার সিস্টেম তৈরি করতে পারে।
10) হাই ডেফিনিশন লেজার টিভি। অদূর ভবিষ্যতে, ক্যাথোড রে টিউব ছাড়া অর্ধপরিবাহী লেজার টিভি, যা লাল, নীল এবং সবুজ লেজার ব্যবহার করে, বিদ্যমান টিভিগুলির তুলনায় 20 শতাংশ কম শক্তি খরচ করবে বলে অনুমান করা হয়।

2. চিকিৎসা এবং জীবন বিজ্ঞান গবেষণায় অ্যাপ্লিকেশন
1) লেজার সার্জারি।সেমিকন্ডাক্টর লেজারনরম টিস্যু বিমোচন, টিস্যু বন্ধন, জমাট বাঁধা এবং বাষ্পীকরণের জন্য ব্যবহার করা হয়েছে। এই কৌশলটি সাধারণ সার্জারি, প্লাস্টিক সার্জারি, চর্মরোগবিদ্যা, ইউরোলজি, প্রসূতি ও স্ত্রীরোগবিদ্যা ইত্যাদিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।
2) লেজার ডায়নামিক থেরাপি। যে আলোক সংবেদনশীল পদার্থগুলি টিউমারের সাথে সম্পর্কযুক্ত তা ক্যান্সার টিস্যুতে নির্বাচনীভাবে জমা হয় এবং ক্যান্সারের টিস্যুকে একটি অর্ধপরিবাহী লেজারের সাহায্যে বিকিরণ করা হয় প্রতিক্রিয়াশীল অক্সিজেন প্রজাতি তৈরি করার জন্য, যার লক্ষ্য স্বাস্থ্যকর টিস্যুকে ক্ষতি না করে এটিকে নেক্রোটিক করা।
3) জীবন বিজ্ঞান গবেষণা। এর "অপটিক্যাল টুইজার" ব্যবহার করেসেমিকন্ডাক্টর লেজার, জীবিত কোষ বা ক্রোমোজোম ক্যাপচার করা এবং তাদের যেকোনো অবস্থানে নিয়ে যাওয়া সম্ভব। এটি কোষ সংশ্লেষণ এবং কোষের মিথস্ক্রিয়া অধ্যয়নের প্রচারের জন্য ব্যবহার করা হয়েছে এবং ফরেনসিক প্রমাণ সংগ্রহের জন্য একটি ডায়াগনস্টিক প্রযুক্তি হিসাবেও ব্যবহার করা যেতে পারে।