उत्सर्जन तरंगदैर्घ्य
उत्सर्जनलेज़र की तरंग दैर्ध्य उस ऊर्जा पर निर्भर करती है जब एक इलेक्ट्रॉन चालन बैंड से वैलेंस बैंड में संक्रमण करता है, जो लगभग बैंड गैप ई (ईवी) के बराबर होता है।
एच.एफ=Eg--(3.4)
चूँकि c=f, जहाँ f और λ क्रमशः उत्सर्जित प्रकाश की आवृत्ति और तरंग दैर्ध्य हैं, c=3 × 10⁻³ m/s, h=6.628 × 10⁻³ J·s, और 1 eV=1.60 × 10⁻¹ J, समीकरण (3-4) में प्रतिस्थापित करने पर परिणाम प्राप्त होते हैं:
चूंकि बैंडगैप अर्धचालक सामग्रियों की संरचना और सामग्री से संबंधित है, इसलिए इस सिद्धांत के आधार पर विभिन्न उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य वाले लेजर बनाए जा सकते हैं।
दहलीज विशेषताएँ (P-I विशेषताएँ)
लेज़रों के लिए, जब लागू फॉरवर्ड करंट एक निश्चित मूल्य तक पहुँच जाता है, तो आउटपुट ऑप्टिकल शक्ति तेजी से बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप लेज़र दोलन होता है। इस धारा को थ्रेशोल्ड धारा कहा जाता है, जिसे ε द्वारा दर्शाया जाता है। एक विशिष्ट अर्धचालक लेजर का आउटपुट विशेषता वक्र चित्र 3-6 में दिखाया गया है। स्थिर और विश्वसनीय संचालन के लिए, थ्रेशोल्ड करंट जितना कम होगा, उतना बेहतर होगा।
चित्र 3-6 एक विशिष्ट लेजर के आउटपुट विशेषता वक्र
वर्णक्रमीय विशेषताएँ
लेज़र की वर्णक्रमीय विशेषताएँ मुख्य रूप से उसके अनुदैर्ध्य मोड द्वारा निर्धारित की जाती हैं। बहु{{1}मोड और एकल{2}}मोड लेजर के लिए विशिष्ट वर्णक्रमीय वक्र चित्र 3-7ए और 3-7बी में दिखाए गए हैं। यहाँ, λ0अधिकतम दीप्तिमान शक्ति के साथ अनुदैर्ध्य मोड के शिखर के अनुरूप तरंग दैर्ध्य का प्रतिनिधित्व करता है, जिसे शिखर तरंग दैर्ध्य कहा जाता है, आमतौर पर 850 एनएम, 1310 एनएम और 1550 एनएम; ΔλAलेज़र की वर्णक्रमीय चौड़ाई है, जिसे अनुदैर्ध्य मोड लिफाफे के अनुरूप तरंग दैर्ध्य चौड़ाई के रूप में परिभाषित किया गया है जो इसके अधिकतम मूल्य से आधी हो जाती है, जिसे आधी अधिकतम (एफडब्ल्यूएचएम) वर्णक्रमीय चौड़ाई पर पूर्ण चौड़ाई के रूप में भी जाना जाता है। एकल-मोड लेज़र की वर्णक्रमीय चौड़ाई को लाइनविड्थ भी कहा जाता है। एक मल्टी{3}}मोड लेज़र के वर्णक्रमीय लिफाफे में आम तौर पर 3{6}}5 अनुदैर्ध्य मोड होते हैं, जिसका Δλ मान लगभग 3-5 मिमी होता है; एक अच्छे सिंगल-मोड लेज़र का Δλ मान लगभग 0.1 एनएम या उससे भी कम होता है। Δλ वर्णक्रमीय रेखा पर दो बिंदुओं के बीच तरंग दैर्ध्य अंतराल है जहां एक अनुदैर्ध्य मोड की वर्णक्रमीय उज्ज्वल शक्ति इसके अधिकतम मूल्य से आधी है।
चित्र 3-7 लेज़र की वर्णक्रमीय विशेषताएँ
एक एकल {{0}अनुदैर्ध्य {{1}मोड लेजर के लिए, साइड{2}}मोड दमन अनुपात (एमएसआर) को प्रमुख मोड पावर पी के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।0द्वितीयक पक्ष के लिए -मोड पावर पी0, और यह लेज़र की हार्मोनिक शुद्धता का माप है।
एमएसआर=10एलजी(3-6) लेजर का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम परिचालन स्थितियों के साथ बदलता है। जब इंजेक्शन करंट थ्रेशोल्ड करंट से नीचे होता है, तो लेजर एक व्यापक स्पेक्ट्रम के साथ प्रतिदीप्ति उत्सर्जित करता है; जब धारा दहलीज धारा तक बढ़ जाती है, तो स्पेक्ट्रम अचानक संकीर्ण हो जाता है, तीव्रता बढ़ जाती है, और लेज़िंग होती है; जब इंजेक्शन करंट और बढ़ता है, तो मुख्य मोड का लाभ बढ़ जाता है, जबकि साइड मोड का लाभ कम हो जाता है, दोलन मोड की संख्या कम हो जाती है, और अंत में, एक एकल अनुदैर्ध्य-मोड लेजर दिखाई देता है। लेज़र के आउटपुट स्पेक्ट्रम और इंजेक्शन करंट के बीच संबंध चित्र 3-8 में दिखाया गया है।
चित्र 3-8 लेजर आउटपुट स्पेक्ट्रम और इंजेक्शन करंट के बीच संबंध
वर्णक्रमीय चौड़ाई को आवृत्ति द्वारा भी दर्शाया जा सकता है। आवृत्ति और तरंग दैर्ध्य के बीच संबंध के आधार पर, हम प्राप्त कर सकते हैं:
फोटोइलेक्ट्रिक दक्षता
फोटोइलेक्ट्रिक दक्षता विद्युत शक्ति और ऑप्टिकल शक्ति का अनुपात है। इसे कई तरीकों से व्यक्त किया जा सकता है:
(1) आंतरिक क्वांटम दक्षता लेज़र सक्रिय परत में इंजेक्ट किए गए इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के पुनर्संयोजन के माध्यम से प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, लेकिन सभी इंजेक्ट किए गए इलेक्ट्रॉन और छिद्र विकिरण संबंधी पुनर्संयोजन से नहीं गुजर सकते हैं। आंतरिक क्वांटम दक्षता सक्रिय परत में उत्पन्न फोटॉन की संख्या और इंजेक्ट किए गए इलेक्ट्रॉन {{2}होल जोड़े की संख्या के अनुपात को दर्शाती है, अर्थात, प्रति यूनिट समय में उत्पन्न फोटॉन की संख्या - इंजेक्ट किए गए इलेक्ट्रॉन की संख्या {{6}प्रति यूनिट समय में होल जोड़े।
(2) बाहरी क्वांटम दक्षता लेज़रों की आंतरिक क्वांटम दक्षता को बहुत अधिक बनाया जा सकता है, कुछ तो 100% तक भी पहुँच सकते हैं, लेकिन लेज़र द्वारा उत्सर्जित फोटॉनों की वास्तविक संख्या सक्रिय परत में उत्पन्न फोटॉनों की संख्या से बहुत कम है। यह आंशिक रूप से इसलिए है क्योंकि उत्सर्जक क्षेत्र में उत्पन्न फोटॉन अन्य सामग्रियों द्वारा अवशोषित होते हैं, और आंशिक रूप से क्योंकि पीएन जंक्शन का वेवगाइड प्रभाव उन फोटॉनों की संख्या को बहुत कम कर देता है जो इंटरफ़ेस से बच सकते हैं। इसलिए, बाहरी क्वांटम दक्षता, यानी कुल दक्षता, को इस प्रकार परिभाषित किया गया है: (3-8) उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या r - प्रति यूनिट समय में इंजेक्ट किए गए इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े की संख्या। (3-9)
तापमान विशेषताएँ
तापमान के कार्य के रूप में लेजर की थ्रेशोल्ड करंट और आउटपुट ऑप्टिकल पावर की विशेषताओं को तापमान विशेषताओं के रूप में जाना जाता है। लेज़र की दहलीज धारा बनाम तापमान को दर्शाने वाला वक्र चित्र 3-9 में दिखाया गया है। जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, बढ़ते तापमान के साथ दहलीज धारा बढ़ती है।
लेज़र की तापमान संवेदनशीलता को संबोधित करने के लिए, ड्राइव सर्किट में तापमान क्षतिपूर्ति लागू की जा सकती है, या डिवाइस की तापमान स्थिरता बनाए रखने के लिए कूलर का उपयोग किया जा सकता है। आमतौर पर, एक घटक बनाने के लिए लेजर को थर्मिस्टर, सेमीकंडक्टर कूलर आदि के साथ पैक किया जाता है।
थर्मिस्टर का उपयोग डिवाइस के तापमान का पता लगाने और कूलर को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, जिससे बंद लूप नकारात्मक प्रतिक्रिया स्वचालित तापमान नियंत्रण प्राप्त होता है।
वितरित फीडबैक लेजर
वितरित फीडबैक लेज़र (DFB{0}}LDs) एक प्रकार के लेज़र हैं जो गतिशील रूप से नियंत्रित सिंगल {{1}मोड लेज़र उत्पन्न करने में सक्षम हैं, जिन्हें डायनेमिक सिंगल {{2}मोड लेज़र के रूप में भी जाना जाता है, जिसका अर्थ है कि वे अर्धचालक लेज़र हैं जो अभी भी उच्च -स्पीड मॉड्यूलेशन के तहत एकल मोड में काम कर सकते हैं। इनका निर्माण सक्रिय परत के पास एक नालीदार आवधिक झंझरी को खोदकर किया जाता है, जो हेटेरोजंक्शन लेजर में ऑप्टिकल प्रवर्धन प्रदान करता है। वितरित फीडबैक लेजर संरचना का एक योजनाबद्ध आरेख चित्र 3-10 में दिखाया गया है।
चित्र 3-10 वितरित एंटी-लेजर संरचना का योजनाबद्ध आरेख
