नई एकल मोड अर्धचालक लेजर बनाया: एक साथ उच्च शक्ति और आकार स्केलिंग
कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले (यूसी बर्कले) के शोधकर्ताओं ने हाल ही में बर्कसेल नामक एक नए प्रकार का अर्धचालक लेजर विकसित किया है। परिणाम 29 जून को जर्नल नेचर में प्रकाशित किए गए थे।
Berkley सतह उत्सर्जन लेजर (BerkSEL) की योजनाबद्ध, नीले रंग में पंप बीम और लाल रंग में लेजर बीम के साथ.
इसके साथ ही एकल-मोड लेजर के आकार और शक्ति को बढ़ाना प्रकाशिकी में एक चुनौती रही है क्योंकि पहला लेजर 1960 में बनाया गया था। और इस काम से पता चलता है कि आकार को सुसंगतता की कीमत पर आने की आवश्यकता नहीं है, जो लेजर को अधिक शक्तिशाली और स्थिर होने और कई अनुप्रयोगों में लंबी दूरी को कवर करने की अनुमति देता है।
कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर साइंस (ईईसीएस) विभाग में एसोसिएट प्रोफेसर बोबाकर कांटे के नेतृत्व में शोधकर्ताओं की एक टीम और लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी में सामग्री विज्ञान प्रभाग के वैज्ञानिकों ने समान रूप से दूरी और समान आकार के छेद छिद्रों के साथ एक अर्धचालक फिल्म का प्रदर्शन किया है जो एक स्केलेबल लेजर गुहा के रूप में कार्य कर सकता है। परिणाम बताते हैं कि लेजर बीम इस लेजर गुहा के आकार की परवाह किए बिना एक सुसंगत एकल तरंग दैर्ध्य का उत्सर्जन करता है।
पारंपरिक लेज़रों में, सुसंगत एकल-तरंग दैर्ध्य दिशात्मक प्रकाश टूटना शुरू हो जाता है क्योंकि लेजर गुहा आकार में बढ़ जाती है। मानक समाधान बीम को बढ़ाने के लिए एक वेवगाइड जैसे बाहरी तंत्र का उपयोग करना है, हालांकि, यह बहुत अधिक जगह लेता है। बाहरी प्रवर्धन की आवश्यकता को समाप्त करके, शोधकर्ता अब आकार को कम कर सकते हैं और कंप्यूटर चिप्स और अन्य लेजर-निर्भर घटकों की दक्षता बढ़ा सकते हैं।
यह काम विशेष रूप से ऊर्ध्वाधर गुहा सतह उत्सर्जक लेजर (VCSEL) प्रौद्योगिकी के लिए प्रासंगिक है। VCSELS में, प्रकाश चिप की ऊपरी सतह से लंबवत रूप से उत्सर्जित होता है। VCSELs आमतौर पर केवल कुछ माइक्रोन चौड़े होते हैं, और उनकी शक्ति को बढ़ाने के लिए उपयोग की जाने वाली वर्तमान रणनीति सैकड़ों व्यक्तिगत VCSELs को एक साथ क्लस्टर करना है। क्योंकि लेजर स्वतंत्र हैं, उनके पास अलग-अलग चरण और तरंग दैर्ध्य हैं, इसलिए उनकी शक्तियां सुसंगत रूप से गठबंधन नहीं करती हैं - जो चेहरे की पहचान जैसे अनुप्रयोगों में स्वीकार्य है, लेकिन उन अनुप्रयोगों में पूरी तरह से अव्यावहारिक है जहां सटीकता महत्वपूर्ण है, जैसे संचार या सर्जरी।
यूसी बर्कले में विकसित "बर्कसेल" लेजर डिजाइन अधिक कुशल एकल-मोड प्रकाश उत्सर्जन को संभव बनाता है, जो मुख्य रूप से पतली फिल्मों में छेद से गुजरने वाले प्रकाश के भौतिक गुणों पर आधारित है। उनके द्वारा विकसित फिल्म एक 200-एनएम-मोटी इंडियम गैलियम आर्सेनाइड फॉस्फाइड (फाइबर ऑप्टिक्स और दूरसंचार प्रौद्योगिकी में आमतौर पर उपयोग किया जाने वाला अर्धचालक) है। शोधकर्ताओं ने ध्यान दिया कि इन नियमित छेदों को फोटोलिथोग्राफी द्वारा उकेरा जाता है और इसमें एक निश्चित आकार, आकार और दूरी होनी चाहिए - वे डिराक बिंदुओं के रूप में कार्य करने में सक्षम हैं, जो ऊर्जा के रैखिक फैलाव के आधार पर दो-आयामी सामग्रियों की एक टोपोलॉजिकल विशेषता है।
इसके अलावा, चूंकि एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक फैलने वाले प्रकाश का चरण यात्रा की गई दूरी से गुणा किए गए अपवर्तक सूचकांक के बराबर होता है। चूंकि अपवर्तक सूचकांक Dirac बिंदु पर शून्य है, अर्धचालक के विभिन्न भागों से उत्सर्जित प्रकाश बिल्कुल एक ही चरण में है और इसलिए ऑप्टिकल रूप से समान है। अध्ययन के सह-प्रमुख लेखक और ईईसीएस पोस्टडॉक्टोरल फेलो वालिद रेडजेम ने कहा, "हमारे अध्ययन में फिल्म में लगभग 3,000 छेद हैं, लेकिन सैद्धांतिक रूप से, इसमें एक मिलियन या एक अरब छेद हो सकते हैं और परिणाम समान होगा।
शोधकर्ता अब ऑप्टिकल रूप से पंप करने और बर्क्सेल डिवाइस को शक्ति देने के लिए एक उच्च ऊर्जा स्पंदित लेजर का उपयोग करते हैं और निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए अनुकूलित एक कॉन्फोकल माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्रत्येक एपर्चर से उत्सर्जन को मापते हैं। एपर्चर आकार और अर्धचालक सामग्री जैसे डिजाइन विनिर्देशों को समायोजित करके, "BerkSELs" अर्धचालक लेजर विभिन्न लक्ष्य तरंग दैर्ध्य पर उत्सर्जित कर सकते हैं।
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