عمودی گہا کی سطح کو خارج کرنے والا لیزر

عمودی گہا کی سطح کا اخراج کرنے والا لیزر سیمی کنڈکٹر لیزر کی ایک نئی نسل ہے جو حالیہ برسوں میں تیزی سے ترقی کر رہی ہے۔ نام نہاد "عمودی گہا کی سطح کا اخراج" کا مطلب ہے کہ لیزر کے اخراج کی سمت کلیویج ہوائی جہاز یا سبسٹریٹ کی سطح پر کھڑی ہے۔ اس سے مماثل ایک اور اخراج کا طریقہ "Edge Emission" کہلاتا ہے۔ روایتی سیمی کنڈکٹر لیزرز ایج ایمیٹنگ موڈ اپناتے ہیں، یعنی لیزر کے اخراج کی سمت سبسٹریٹ سطح کے متوازی ہوتی ہے۔ اس قسم کی لیزر کو ایج ایمیٹنگ لیزر (EEL) کہا جاتا ہے۔ EEL کے مقابلے میں، VCSEL میں اچھی بیم کوالٹی، سنگل موڈ آؤٹ پٹ، ہائی ماڈیولیشن بینڈوتھ، لمبی زندگی، آسان انضمام اور ٹیسٹنگ وغیرہ کے فوائد ہیں، اس لیے یہ آپٹیکل کمیونیکیشنز، آپٹیکل ڈسپلے، آپٹیکل سینسنگ اور دیگر میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتا رہا ہے۔ کھیتوں

زیادہ بدیہی اور خاص طور پر "عمودی اخراج" کیا ہے سمجھنے کے لیے، ہمیں پہلے VCSEL کی ساخت اور ساخت کو سمجھنا ہوگا۔ یہاں ہم آکسیڈیشن محدود VCSEL متعارف کراتے ہیں:

VCSEL کے بنیادی ڈھانچے میں اوپر سے نیچے تک شامل ہیں: P-type ohmic contact electrode، P-type doped DBR، آکسائیڈ کنفینمنٹ لیئر، ملٹی کوانٹم ویل ایکٹیو ریجن، N-type doped DBR، سبسٹریٹ اور N-type ohmic contact electrode۔ یہاں VCSEL ڈھانچے کا ایک کراس سیکشنل نقطہ نظر ہے [1]۔ VCSEL کا فعال علاقہ دونوں طرف DBR آئینے کے درمیان سینڈویچ ہے، جو مل کر ایک Fabry-Perot resonant cavity بناتے ہیں۔ آپٹیکل فیڈ بیک دونوں اطراف کے ڈی بی آرز فراہم کرتے ہیں۔ عام طور پر، DBR کی عکاسی 100% کے قریب ہوتی ہے، جبکہ اوپری DBR کی عکاسی نسبتاً کم ہوتی ہے۔ آپریشن کے دوران، دونوں اطراف کے الیکٹروڈز کے ذریعے فعال علاقے کے اوپر آکسائیڈ پرت کے ذریعے کرنٹ لگایا جاتا ہے، جو لیزر آؤٹ پٹ کو حاصل کرنے کے لیے فعال علاقے میں محرک تابکاری بنائے گا۔ لیزر کی آؤٹ پٹ سمت فعال علاقے کی سطح پر کھڑی ہے، قید کی تہہ کی سطح سے گزرتی ہے، اور کم عکاسی والے ڈی بی آر آئینے سے خارج ہوتی ہے۔

بنیادی ڈھانچے کو سمجھنے کے بعد، یہ سمجھنا آسان ہے کہ نام نہاد "عمودی اخراج" اور "متوازی اخراج" کا بالترتیب کیا مطلب ہے۔ مندرجہ ذیل اعداد و شمار بالترتیب VCSEL اور EEL کے روشنی کے اخراج کے طریقے دکھاتا ہے [4]۔ تصویر میں دکھایا گیا VCSEL نیچے سے خارج کرنے والا موڈ ہے، اور اوپر سے خارج کرنے والے موڈ بھی ہیں۔

سیمی کنڈکٹر لیزرز کے لیے، ایکٹو ایریا میں الیکٹرانوں کو انجیکشن کرنے کے لیے، ایکٹو ایریا کو عام طور پر PN جنکشن میں رکھا جاتا ہے، الیکٹرانوں کو N پرت کے ذریعے ایکٹو ایریا میں داخل کیا جاتا ہے، اور P پرت کے ذریعے ایکٹو ایریا میں سوراخ کیے جاتے ہیں۔ لیزنگ کی اعلی کارکردگی حاصل کرنے کے لیے، عام طور پر فعال خطے کو ڈوپ نہیں کیا جاتا ہے۔ تاہم، نمو کے عمل کے دوران سیمی کنڈکٹر چپ میں پس منظر کی نجاستیں موجود ہیں، اور فعال خطہ ایک مثالی اندرونی سیمی کنڈکٹر نہیں ہے۔ جب انجکشن والے کیریئرز نجاست کے ساتھ مل جاتے ہیں، تو کیریئرز کی زندگی کا وقت کم ہو جائے گا، جس کے نتیجے میں لیزر کی لیزنگ کارکردگی میں کمی واقع ہو جائے گی، لیکن ساتھ ہی یہ لیزر کی ماڈیولیشن کی شرح میں بھی اضافہ کرے گا، اس لیے بعض اوقات فعال خطہ ہوتا ہے۔ جان بوجھ کر ڈوپ. کارکردگی کو یقینی بناتے ہوئے ماڈیولیشن کی شرح میں اضافہ کریں۔

اس کے علاوہ، ہم ڈی بی آر کے پچھلے تعارف سے دیکھ سکتے ہیں کہ وی سی ایس ای ایل کی موثر گہا کی لمبائی ایکٹیو ایریا کی موٹائی کے علاوہ ڈی بی آر کی دونوں اطراف میں داخل ہونے کی گہرائی ہے۔ VCSEL کا فعال علاقہ پتلا ہے، اور گونجنے والی گہا کی مجموعی لمبائی عام طور پر کئی مائکرون ہوتی ہے۔ EEL کنارے کے اخراج کا استعمال کرتا ہے، اور گہا کی لمبائی عام طور پر کئی سو مائکرون ہوتی ہے۔ لہذا، VCSEL میں گہا کی لمبائی کم ہے، طول بلد طریقوں کے درمیان ایک بڑا فاصلہ، اور بہتر واحد طول بلد موڈ کی خصوصیات ہیں۔ اس کے علاوہ، VCSEL کے فعال رقبے کا حجم بھی چھوٹا ہے (0.07 کیوبک مائکرون، جبکہ EEL عام طور پر 60 کیوبک مائکرون ہے)، اس لیے VCSEL کی حد کرنٹ بھی کم ہے۔ تاہم، فعال علاقے کے حجم کو کم کرنے سے گونجنے والی گہا سکڑ جاتی ہے، جس سے نقصان میں اضافہ ہو گا اور دولن کے لیے درکار الیکٹران کی کثافت بڑھ جائے گی۔ گونجنے والی گہا کی عکاسی کو بڑھانے کے لئے ضروری ہے، لہذا VCSEL کو اعلی عکاسی کے ساتھ DBR تیار کرنے کی ضرورت ہے۔ . تاہم، زیادہ سے زیادہ روشنی کی پیداوار کے لیے ایک بہترین عکاسی ہے، جس کا مطلب یہ نہیں ہے کہ عکاسی جتنی زیادہ ہوگی، اتنا ہی بہتر ہے۔ روشنی کی کمی کو کیسے کم کیا جائے اور اعلیٰ عکاسی کرنے والے آئینے کیسے تیار کیے جائیں ہمیشہ تکنیکی مشکل رہی ہے۔