లేజర్ డయోడ్ ఆపరేషన్ మరియు దాని అనువర్తనాలు

సహజమైన తెల్లని కాంతి కనిపించే కాంతి స్పెక్ట్రం యొక్క అన్ని VIBGYOR రంగులతో రూపొందించబడింది, ఇది అనేక విభిన్న పౌన .పున్యాల విస్తృత విస్తృత బ్యాండ్. సాధారణ LED లు తరచూ ఒక రంగును కలిగి ఉన్న కాంతి ఉత్పత్తిని ఇస్తాయి, కాని ఆ కాంతి కూడా విద్యుదయస్కాంత తరంగాలను కలిగి ఉంటుంది, ఇవి చాలా విస్తృత పౌన .పున్యాలను కలిగి ఉంటాయి. కాంతిని కేంద్రీకరించే లెన్స్ వ్యవస్థ స్థిర ఫోకల్ పొడవును కలిగి ఉంటుంది, అయితే కాంతి యొక్క వివిధ తరంగదైర్ఘ్యాలను (రంగులు) కేంద్రీకరించడానికి అవసరమైన ఫోకల్ పొడవు భిన్నంగా ఉంటుంది. అందువల్ల, ప్రతి రంగు వేర్వేరు పాయింట్ల వద్ద దృష్టి పెడుతుంది, దీనివల్ల ‘క్రోమాటిక్ అబెర్రేషన్’ వస్తుంది. ది లేజర్ డయోడ్ లైట్ ఒకే పౌన .పున్యాన్ని మాత్రమే కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల, ఇది ఒక సాధారణ లెన్స్ వ్యవస్థ ద్వారా కూడా చాలా చిన్న బిందువుపై దృష్టి పెట్టవచ్చు. ఒకే తరంగదైర్ఘ్యం మాత్రమే ఉన్నందున క్రోమాటిక్ ఉల్లంఘన లేదు, కాంతి మూలం నుండి వచ్చే శక్తి అంతా చాలా తక్కువ కాంతి ప్రదేశంలో కేంద్రీకృతమై ఉంటుంది. లేజర్ అనేది రేడియేషన్ యొక్క ఉత్తేజిత ఉద్గారాల ద్వారా కాంతి విస్తరణకు సంక్షిప్త రూపం.

క్రోమాటిక్ అబెర్రేషన్

లేజర్ డయోడ్ నిర్మాణం

పై చిత్రంలో లేజర్ డయోడ్ యొక్క సరళీకృత నిర్మాణాన్ని చూపిస్తుంది, ఇది a కి సమానంగా ఉంటుంది కాంతి ఉద్గార డయోడ్ (LED) . ఇది P రకం మరియు N రకాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి సెలీనియం, అల్యూమినియం లేదా సిలికాన్ వంటి మూలకాలతో డోప్ చేయబడిన గాలియం ఆర్సెనైడ్‌ను ఉపయోగిస్తుంది సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు . లేజర్ డయోడ్ అదనపు చురుకైన పొరను కలిగి ఉండకపోయినా (అంతర్గత) గాలియం ఆర్సెనైడ్ మందాన్ని కొన్ని నానోమీటర్లు మాత్రమే కలిగి ఉంటుంది, P మరియు N పొరల మధ్య శాండ్‌విచ్ చేయబడి, సమర్థవంతంగా సృష్టిస్తుంది పిన్ డయోడ్ (పి రకం-అంతర్గత-ఎన్ రకం) . ఈ పొరలోనే లేజర్ కాంతి ఉత్పత్తి అవుతుంది.

లేజర్ డయోడ్ నిర్మాణం

లేజర్ డయోడ్ ఎలా పనిచేస్తుంది?

క్వాంటం సిద్ధాంతం ప్రకారం ప్రతి అణువు, ఒక నిర్దిష్ట వివిక్త శక్తి స్థాయిలో మాత్రమే శక్తినిస్తుంది. సాధారణంగా, అణువులు అత్యల్ప శక్తి స్థితిలో లేదా భూమి స్థితిలో ఉంటాయి. భూమి స్థితిలో ఉన్న అణువులకు ఇచ్చిన శక్తి వనరు ఉన్నత స్థాయికి వెళ్ళడానికి ఉత్సాహంగా ఉంటుంది. ఈ ప్రక్రియను శోషణ అంటారు. చాలా తక్కువ వ్యవధిలో ఆ స్థాయిలో ఉండిన తరువాత, అణువు దాని ప్రారంభ గ్రౌండ్ స్థితికి చేరుకుంటుంది, ఈ ప్రక్రియలో ఫోటాన్ను విడుదల చేస్తుంది, ఈ ప్రక్రియను ఆకస్మిక ఉద్గారం అంటారు. ఈ రెండు ప్రక్రియలు, శోషణ మరియు ఆకస్మిక ఉద్గారాలు సంప్రదాయ కాంతి వనరులో జరుగుతాయి.

లేజర్ చర్య యొక్క సూత్రం

ఒకవేళ అణువు, ఇంకా ఉత్తేజిత స్థితిలో ఉంటే, వెలుపలి ఫోటాన్‌తో ఆకస్మిక ఉద్గారానికి అవసరమైన శక్తిని కలిగి ఉంటే, బయటి ఫోటాన్ ఉత్తేజిత అణువు చేత ఇవ్వబడిన దాని ద్వారా పెరుగుతుంది, అంతేకాకుండా, రెండు ఫోటాన్లు విడుదలవుతాయి అదే దశలో అదే ఉత్తేజిత స్థితి, ఉత్తేజిత ఉద్గారం అని పిలువబడే ఈ ప్రక్రియ లేజర్ చర్యకు ప్రాథమికమైనది (పై చిత్రంలో చూపబడింది). ఈ ప్రక్రియలో, విడుదలయ్యే కాంతికి సమానమైన తరంగదైర్ఘ్యం కలిగిన ఫోటాన్ కీ.

విస్తరణ మరియు జనాభా విలోమం

ఉత్తేజిత ఉద్గారానికి అనుకూలమైన పరిస్థితులు సృష్టించబడినప్పుడు, ఎక్కువ అణువులు ఫోటాన్‌లను విడుదల చేయవలసి వస్తుంది, తద్వారా గొలుసు ప్రతిచర్యను ప్రారంభిస్తుంది మరియు అపారమైన శక్తిని విడుదల చేస్తుంది. ఇది ఒక నిర్దిష్ట తరంగదైర్ఘ్యం (మోనోక్రోమటిక్ లైట్) ను విడుదల చేసే శక్తిని వేగంగా పెంచుతుంది, ఒక నిర్దిష్ట, స్థిర దిశలో పొందికగా ప్రయాణిస్తుంది. ఈ ప్రక్రియను ఉత్తేజిత ఉద్గారాల ద్వారా విస్తరణ అంటారు.

ఒక నిర్దిష్ట సమయంలో ఏ స్థాయిలోనైనా అణువుల సంఖ్యను ఆ స్థాయి జనాభా అంటారు. సాధారణంగా, పదార్థం బాహ్యంగా ఉత్తేజపరచబడనప్పుడు, దిగువ స్థాయి లేదా గ్రౌండ్ స్టేట్ యొక్క జనాభా ఎగువ స్థాయి కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఎగువ స్థాయి జనాభా దిగువ స్థాయికి మించినప్పుడు, ఇది సాధారణ ఆక్యుపెన్సీ యొక్క తిరోగమనం, ఈ ప్రక్రియను జనాభా విలోమం అంటారు. లేజర్ చర్యకు ఈ పరిస్థితి అవసరం. ఏదైనా ఉత్తేజిత ఉద్గారానికి.

ఎగువ శక్తి స్థాయి లేదా కలుసుకున్న స్థిరమైన స్థితికి సుదీర్ఘ జీవితకాలం ఉండాలి, అనగా, అణువులు తక్కువ స్థాయి కంటే ఎక్కువ సమయం కలుసుకున్న స్థిరమైన స్థితిలో పాజ్ చేయాలి. అందువల్ల, లేజర్ చర్య కోసం, పంపింగ్ మెకానిజం (బాహ్య మూలంతో ఉత్తేజకరమైనది) అటువంటిది, తక్కువ స్థాయికి సంబంధించి ఎగువ శక్తి స్థాయిలో అణువుల అధిక జనాభాను నిర్వహించడం.

ఎగువ శక్తి స్థాయి లేదా కలుసుకున్న స్థిరమైన స్థితికి సుదీర్ఘ జీవితకాలం ఉండాలి, అనగా, అణువులు తక్కువ స్థాయి కంటే ఎక్కువ సమయం కలుసుకున్న స్థిరమైన స్థితిలో పాజ్ చేయాలి. అందువల్ల, లేజర్ చర్య కోసం, పంపింగ్ మెకానిజం (బాహ్య మూలంతో ఉత్తేజకరమైనది) అటువంటిది, తక్కువ స్థాయికి సంబంధించి ఎగువ శక్తి స్థాయిలో అణువుల అధిక జనాభాను నిర్వహించడం.

లేజర్ డయోడ్‌ను నియంత్రించడం

లేజర్ డయోడ్ చాలా ఎక్కువ కరెంట్ వద్ద పనిచేస్తుంది, సాధారణంగా సాధారణ LED కన్నా 10 రెట్లు ఎక్కువ. ఈ క్రింది బొమ్మ సాధారణ LED యొక్క కాంతి ఉత్పత్తి యొక్క గ్రాఫ్ మరియు లేజర్ డయోడ్ యొక్క గ్రాఫ్‌ను పోల్చింది. ఎల్‌ఈడీలో డయోడ్ కరెంట్ పెరిగినందున లైట్ అవుట్‌పుట్ క్రమంగా పెరుగుతుంది. లేజర్ డయోడ్‌లో, ఉత్తేజిత ఉద్గారాలు సంభవించడం ప్రారంభించినప్పుడు ప్రస్తుత స్థాయి ప్రవేశ స్థాయికి చేరుకునే వరకు లేజర్ కాంతి ఉత్పత్తి చేయబడదు. థ్రెషోల్డ్ కరెంట్ సాధారణంగా పరికరం నాశనం కావడానికి ముందు గరిష్ట కరెంట్‌లో 80% కంటే ఎక్కువ! ఈ కారణంగా, లేజర్ డయోడ్ ద్వారా కరెంట్ జాగ్రత్తగా నియంత్రించబడాలి.

LED మధ్య పోలిక

మరొక సమస్య ఏమిటంటే, ఫోటాన్ల ఉద్గారం ఉష్ణోగ్రతపై చాలా ఆధారపడి ఉంటుంది, డయోడ్ ఇప్పటికే దాని పరిమితికి దగ్గరగా పనిచేస్తోంది మరియు వేడిగా ఉంటుంది, అందువల్ల విడుదలయ్యే కాంతి (ఫోటాన్లు) మరియు డయోడ్ కరెంట్‌ను మారుస్తుంది. లేజర్ డయోడ్ సమర్థవంతంగా పనిచేసే సమయానికి ఇది విపత్తు అంచున పనిచేస్తోంది! కరెంట్ థ్రెషోల్డ్ కరెంట్ కంటే తగ్గి పడిపోతే, ఉత్తేజిత ఉద్గారం కొంచెం ఎక్కువ కరెంట్‌ను ఆపివేస్తుంది మరియు డయోడ్ నాశనం అవుతుంది.

క్రియాశీల పొర డోలనం చేసే ఫోటాన్లతో నిండినందున, కొన్ని (సాధారణంగా 60%) కాంతి డయోడ్ చిప్ యొక్క అంచు నుండి ఇరుకైన, చదునైన పుంజంలో తప్పించుకుంటుంది. క్రింద ఉన్న బొమ్మలో చూపినట్లుగా, కొన్ని అవశేష కాంతి కూడా వ్యతిరేక అంచు వద్ద తప్పించుకుని అలవాటు పడింది ఫోటోడియోడ్‌ను సక్రియం చేయండి , ఇది కాంతిని తిరిగి విద్యుత్ ప్రవాహంలోకి మారుస్తుంది. ఈ కరెంట్ ఆటోమేటిక్ డయోడ్ డ్రైవర్ సర్క్యూట్‌కు ఫీడ్‌బ్యాక్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది, లేజర్ డయోడ్‌లోని కార్యాచరణను కొలవడానికి మరియు లేజర్ డయోడ్ ద్వారా కరెంట్‌ను నియంత్రించడం ద్వారా నిర్ధారించుకోండి, ప్రస్తుత మరియు తేలికపాటి ఉత్పత్తి స్థిరమైన మరియు సురక్షితమైన స్థాయిలో ఉంటుందని.

లేజర్ డయోడ్‌ను నియంత్రించడం

లేజర్ డయోడ్ యొక్క అనువర్తనాలు

లైఫ్ సైన్స్, ఇండస్ట్రియల్ లేదా సైంటిఫిక్ ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ వంటి అనువర్తనాలకు లేజర్ డయోడ్ మాడ్యూల్స్ అనువైనవి. లేజర్ డయోడ్ గుణకాలు అనేక రకాల తరంగదైర్ఘ్యాలు, అవుట్పుట్ శక్తులు లేదా పుంజం ఆకారాలలో లభిస్తాయి.

సిడి మరియు డివిడి ప్లేయర్లు మరియు రికార్డర్లు, బార్ కోడ్ రీడర్లు, భద్రతా వ్యవస్థలు, ఆప్టికల్ కమ్యూనికేషన్స్ మరియు శస్త్రచికిత్సా పరికరాలతో సహా ఎక్కువ సంఖ్యలో తెలిసిన అనువర్తనాలలో తక్కువ శక్తి లేజర్‌లను ఉపయోగిస్తారు.

పారిశ్రామిక అనువర్తనాలు: చెక్కడం, కత్తిరించడం, రాయడం, డ్రిల్లింగ్, వెల్డింగ్ మొదలైనవి.
వైద్య అనువర్తనాలు అవాంఛిత కణజాలాలను, ఫ్లోరోసెన్స్ ఉపయోగించి క్యాన్సర్ కణాల విశ్లేషణ, దంత మందులను తొలగిస్తాయి. సాధారణంగా, శస్త్రచికిత్సా కత్తిని ఉపయోగించిన ఫలితాల కంటే లేజర్‌లను ఉపయోగించే ఫలితాలు మంచివి.

టెలికాం కోసం ఉపయోగించే లేజర్ డయోడ్లు: టెలికాం క్షేత్రంలో సిలికా ఫైబర్ లేజర్‌లకు ప్రధాన కాంతి వనరుగా ఉపయోగించే 1.3 μm మరియు 1.55 bandm బ్యాండ్ లేజర్ డయోడ్‌లు బ్యాండ్‌లో తక్కువ ప్రసార నష్టాన్ని కలిగి ఉంటాయి. విభిన్న బ్యాండ్‌తో ఉన్న లేజర్ డయోడ్ ఆప్టికల్ యాంప్లిఫికేషన్ కోసం మూలాన్ని పంపింగ్ చేయడానికి లేదా స్వల్ప-దూర ఆప్టికల్ లింక్ కోసం ఉపయోగిస్తారు.

అందువలన, ఇది అన్ని గురించి లేజర్ డయోడ్ నిర్మాణం మరియు దాని ఉపయోగాలు. మీకు ఆసక్తి ఉంటే LED ఆధారిత ప్రాజెక్టులను నిర్మించడం మీ స్వంతంగా, దిగువ వ్యాఖ్యల విభాగంలో మీ ప్రశ్నలను లేదా వినూత్న ఆలోచనలను పోస్ట్ చేయడం ద్వారా మీరు మమ్మల్ని సంప్రదించవచ్చు.ఇక్కడ మీ కోసం ఒక ప్రశ్న, లేజర్ డయోడ్ యొక్క పని ఏమిటి?