سیمی کنڈکٹر لیزر کیا ہے؟

1962 میں دنیا کی پہلی سیمی کنڈکٹر لیزر کی ایجاد کے بعد سے، سیمی کنڈکٹر لیزر میں زبردست تبدیلیاں آئی ہیں، جس نے دیگر سائنس اور ٹیکنالوجی کی ترقی کو بہت فروغ دیا ہے، اور اسے بیسویں صدی کی عظیم ترین انسانی ایجادات میں سے ایک سمجھا جاتا ہے۔ پچھلے دس سالوں میں، سیمی کنڈکٹر لیزرز نے زیادہ تیزی سے ترقی کی ہے اور دنیا میں سب سے تیزی سے ترقی کرنے والی لیزر ٹیکنالوجی بن گئی ہے۔ سیمی کنڈکٹر لیزرز کی درخواست کی حد آپٹو الیکٹرانکس کے پورے شعبے پر محیط ہے اور آج کی آپٹو الیکٹرانکس سائنس کی بنیادی ٹیکنالوجی بن گئی ہے۔ چھوٹے سائز، سادہ ساخت، کم ان پٹ توانائی، طویل زندگی، آسان ماڈیولیشن اور کم قیمت کے فوائد کی وجہ سے، سیمی کنڈکٹر لیزر آپٹو الیکٹرانکس کے میدان میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں اور دنیا بھر کے ممالک نے ان کی بہت زیادہ قدر کی ہے۔

سیمی کنڈکٹر لیزر
A سیمی کنڈکٹر لیزرایک چھوٹی سی لیزر ہے جو کام کرنے والے مادے کے طور پر براہ راست بینڈ گیپ سیمی کنڈکٹر مواد پر مشتمل Pn جنکشن یا پن جنکشن کا استعمال کرتی ہے۔ سیمی کنڈکٹر لیزر کام کرنے والے مواد کے درجنوں ہیں. سیمی کنڈکٹر مواد جن کو لیزرز میں بنایا گیا ہے ان میں گیلیم آرسنائیڈ، انڈیم آرسنائیڈ، انڈیم اینٹیمونائیڈ، کیڈیم سلفائیڈ، کیڈیم ٹیلورائیڈ، لیڈ سیلینائیڈ، لیڈ ٹیلورائیڈ، ایلومینیم گیلیم آرسنائیڈ، انڈیم فاسفورس، آرسینک وغیرہ شامل ہیں۔ سیمی کنڈکٹر کے تین اہم طریقے ہیں۔ لیزرز، یعنی الیکٹرک انجیکشن کی قسم، آپٹیکل پمپ کی قسم اور ہائی انرجی الیکٹران بیم کی حوصلہ افزائی کی قسم۔ زیادہ تر سیمی کنڈکٹر لیزرز کا اتیجیت کا طریقہ الیکٹریکل انجیکشن ہے، یعنی جنکشن پلین ریجن میں محرک اخراج پیدا کرنے کے لیے Pn جنکشن پر فارورڈ وولٹیج کا اطلاق ہوتا ہے، یعنی فارورڈ بائیزڈ ڈایڈڈ۔ لہذا، سیمی کنڈکٹر لیزرز کو سیمی کنڈکٹر لیزر ڈایڈس بھی کہا جاتا ہے۔ سیمی کنڈکٹرز کے لیے، چونکہ الیکٹران توانائی کے بینڈز کے درمیان مجرد توانائی کی سطحوں کے بجائے منتقلی کرتے ہیں، اس لیے منتقلی توانائی ایک خاص قدر نہیں ہے، جو سیمی کنڈکٹر لیزرز کی آؤٹ پٹ طول موج کو وسیع رینج میں پھیلا دیتی ہے۔ رینج پر وہ جو طول موج خارج کرتے ہیں وہ 0.3 اور 34 ¼m کے درمیان ہیں۔ طول موج کی حد کا تعین استعمال شدہ مواد کے انرجی بینڈ گیپ سے ہوتا ہے۔ سب سے عام AlGaAs ڈبل ہیٹروجنکشن لیزر ہے، جس کی آؤٹ پٹ ویو لینتھ 750-890 nm ہے۔
سیمی کنڈکٹر لیزر فیبریکیشن ٹیکنالوجی نے ڈفیوژن طریقہ سے لیکویڈ فیز ایپیٹیکسی (ایل پی ای)، ویپر فیز ایپیٹیکسی (وی پی ای)، مالیکیولر بیم ایپیٹیکسی (ایم بی ای)، ایم او سی وی ڈی طریقہ (میٹل آرگینک کمپاؤنڈ ویپر ڈیپوزیشن)، کیمیکل بیم ایپیٹیکسی (سی بی ای) تک کا تجربہ کیا ہے۔ اور ان کے مختلف امتزاج۔ سیمی کنڈکٹر لیزرز کا سب سے بڑا نقصان یہ ہے کہ لیزر کی کارکردگی درجہ حرارت سے بہت زیادہ متاثر ہوتی ہے، اور بیم کا ڈائیورجن زاویہ بڑا ہوتا ہے (عام طور پر چند ڈگری اور 20 ڈگری کے درمیان)، اس لیے یہ ڈائرکٹیوٹی، یک رنگی اور ہم آہنگی میں ناقص ہے۔ تاہم، سائنس اور ٹیکنالوجی کی تیز رفتار ترقی کے ساتھ، سیمی کنڈکٹر لیزرز کی تحقیق گہرائی کی سمت میں آگے بڑھ رہی ہے، اور سیمی کنڈکٹر لیزرز کی کارکردگی میں مسلسل بہتری آ رہی ہے۔ سیمی کنڈکٹر لیزر کے ساتھ سیمی کنڈکٹر آپٹو الیکٹرانک ٹیکنالوجی بنیادی طور پر زیادہ ترقی کرے گی اور 21ویں صدی کے انفارمیشن سوسائٹی میں بڑا کردار ادا کرے گی۔

سیمی کنڈکٹر لیزرز کیسے کام کرتے ہیں؟
A سیمی کنڈکٹر لیزرایک مربوط تابکاری کا ذریعہ ہے۔ اسے لیزر لائٹ بنانے کے لیے، تین بنیادی شرائط کو پورا کرنا ضروری ہے:
1. حاصل کی حالت: لیزنگ میڈیم (ایکٹو ریجن) میں کیریئرز کی الٹی تقسیم قائم ہے۔ سیمی کنڈکٹر میں، انرجی بینڈ جو الیکٹران انرجی کی نمائندگی کرتا ہے، انرجی لیولز کی ایک سیریز پر مشتمل ہوتا ہے جو مسلسل کے قریب ہوتے ہیں۔ لہذا، سیمی کنڈکٹر میں آبادی کے الٹ جانے کو حاصل کرنے کے لیے، ہائی انرجی سٹیٹ کے کنڈکشن بینڈ کے نچلے حصے میں الیکٹرانوں کی تعداد کم توانائی کے والینس بینڈ کے اوپری حصے میں سوراخوں کی تعداد سے بہت زیادہ ہونی چاہیے۔ دو انرجی بینڈ علاقوں کے درمیان ریاست۔ ہیٹروجنکشن آگے کی طرف متعصب ہے تاکہ ضروری کیریئرز کو فعال پرت میں داخل کیا جا سکے تاکہ کم توانائی والے والینس بینڈ سے اعلی توانائی کے ساتھ کنڈکشن بینڈ تک الیکٹرانوں کو اکسیٹ کیا جا سکے۔ محرک اخراج اس وقت ہوتا ہے جب آبادی کے الٹ جانے کی حالت میں الیکٹران کی ایک بڑی تعداد سوراخوں کے ساتھ دوبارہ مل جاتی ہے۔
2. اصل میں مربوط محرک تابکاری حاصل کرنے کے لیے، محرک شعاعوں کو آپٹیکل ریزونیٹر میں متعدد بار فیڈ بیک کیا جانا چاہیے تاکہ لیزر دولن کی تشکیل ہو سکے۔ لیزر ریزونیٹر سیمی کنڈکٹر کرسٹل کی قدرتی درار کی سطح سے ایک آئینے کے طور پر بنتا ہے، عام طور پر اس کے آخر میں جو روشنی خارج نہیں کرتا ہے اسے ایک ہائی ریفلیکشن ملٹی لیئر ڈائی الیکٹرک فلم کے ساتھ لیپت کیا جاتا ہے، اور روشنی خارج کرنے والی سطح کو ایک اینٹی اینٹی کے ساتھ لیپت کیا جاتا ہے۔ عکاسی فلم. F-p cavity (Fabry-Perot cavity) سیمی کنڈکٹر لیزر کے لیے، F-p گہا آسانی سے p-n جنکشن ہوائی جہاز پر کھڑے کرسٹل کے قدرتی کلیویج جہاز کا استعمال کر کے بنایا جا سکتا ہے۔
3. ایک مستحکم دولن بنانے کے لیے، لیزر میڈیم کو گونجنے والے کی وجہ سے ہونے والے آپٹیکل نقصان اور گہا کی سطح وغیرہ سے لیزر آؤٹ پٹ کی وجہ سے ہونے والے نقصان کی تلافی کے لیے کافی بڑا فائدہ فراہم کرنے کے قابل ہونا چاہیے، اور مسلسل۔ گہا میں نظری میدان میں اضافہ. اس کے لیے کافی مضبوط کرنٹ انجیکشن کی ضرورت ہوتی ہے، یعنی آبادی کا کافی الٹا ہونا ضروری ہے، آبادی کے الٹ جانے کی ڈگری جتنی زیادہ ہوگی، اتنا ہی زیادہ فائدہ حاصل ہوگا، یعنی ایک مخصوص موجودہ حد کی شرط کو پورا کرنا ضروری ہے۔ جب لیزر دہلیز پر پہنچ جاتا ہے تو، ایک مخصوص طول موج کے ساتھ روشنی گہا میں گونج سکتی ہے اور اس کو بڑھایا جا سکتا ہے، اور آخر میں مسلسل ایک لیزر اور آؤٹ پٹ بناتا ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ سیمی کنڈکٹر لیزرز میں، الیکٹرانوں اور سوراخوں کی ڈوپول منتقلی روشنی کے اخراج اور روشنی کو بڑھاوا دینے کا بنیادی عمل ہے۔ نئے سیمی کنڈکٹر لیزرز کے لیے، فی الحال یہ تسلیم کیا گیا ہے کہ کوانٹم ویلز سیمی کنڈکٹر لیزرز کی ترقی کے لیے بنیادی محرک قوت ہیں۔ کیا کوانٹم تاریں اور کوانٹم ڈاٹس کوانٹم اثرات سے بھرپور فائدہ اٹھا سکتے ہیں اس صدی تک توسیع کی گئی ہے۔ سائنسدانوں نے مختلف مواد میں کوانٹم ڈاٹس بنانے کے لیے خود منظم ڈھانچے کو استعمال کرنے کی کوشش کی ہے، اور GaInN کوانٹم ڈاٹس کو سیمی کنڈکٹر لیزرز میں استعمال کیا گیا ہے۔

سیمی کنڈکٹر لیزرز کی ترقی کی تاریخ
دیسیمی کنڈکٹر لیزرز1960 کی دہائی کے اوائل میں ہوموجنکشن لیزرز تھے، جو ایک مواد پر بنائے گئے pn جنکشن ڈائیوڈ تھے۔ فارورڈ بڑے کرنٹ انجیکشن کے تحت، الیکٹران مسلسل پی ریجن میں انجکشن کیے جاتے ہیں، اور سوراخ مسلسل این ریجن میں لگائے جاتے ہیں۔ لہذا، کیریئر کی تقسیم کا الٹا اصل pn جنکشن کمی والے خطے میں محسوس ہوتا ہے۔ چونکہ الیکٹرانوں کی نقل مکانی کی رفتار سوراخوں کی رفتار سے تیز ہوتی ہے، اس لیے فعال خطے میں تابکاری اور دوبارہ ملاپ ہوتا ہے، اور فلوروسینس خارج ہوتا ہے۔ لیزنگ، ایک سیمی کنڈکٹر لیزر جو صرف دالوں میں کام کر سکتا ہے۔ سیمی کنڈکٹر لیزرز کی ترقی کا دوسرا مرحلہ ہیٹرسٹرکچر سیمی کنڈکٹر لیزر ہے، جو سیمی کنڈکٹر مواد کی دو پتلی تہوں پر مشتمل ہے جس میں مختلف بینڈ گیپس ہیں، جیسے GaAs اور GaAlAs، اور سنگل ہیٹرسٹرکچر لیزر پہلی بار ظاہر ہوا (1969)۔ سنگل ہیٹروجنکشن انجیکشن لیزر (SHLD) GaAsP-N جنکشن کے پی ریجن میں ہے تاکہ تھریشولڈ کرنٹ کثافت کو کم کیا جا سکے، جو کہ ہوموجنکشن لیزر سے کم شدت کا آرڈر ہے، لیکن سنگل ہیٹروجنکشن لیزر پھر بھی مسلسل کام نہیں کر سکتا۔ کمرے کے درجہ حرارت.
1970 کی دہائی کے آخر سے، سیمی کنڈکٹر لیزر واضح طور پر دو سمتوں میں تیار ہوئے ہیں، ایک معلومات کی ترسیل کے مقصد کے لیے معلومات پر مبنی لیزر ہے، اور دوسرا آپٹیکل پاور کو بڑھانے کے مقصد کے لیے پاور پر مبنی لیزر ہے۔ ایپلی کیشنز جیسے پمپڈ سالڈ سٹیٹ لیزرز، ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزرز (100mw سے زیادہ کی مسلسل آؤٹ پٹ پاور اور 5W سے زیادہ کی پلس آؤٹ پٹ پاور کو ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزرز کہا جا سکتا ہے) کے ذریعے چلایا جاتا ہے۔
1990 کی دہائی میں، ایک پیش رفت ہوئی، جس میں سیمی کنڈکٹر لیزرز کی آؤٹ پٹ پاور میں نمایاں اضافہ، بیرون ملک کلو واٹ کی سطح پر ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزرز کی کمرشلائزیشن، اور گھریلو نمونے کے آلات کی پیداوار 600W تک پہنچ گئی۔ لیزر بینڈ کی توسیع کے نقطہ نظر سے، پہلے انفراریڈ سیمی کنڈکٹر لیزرز، اس کے بعد 670nm ریڈ سیمی کنڈکٹر لیزرز بڑے پیمانے پر استعمال کیے گئے۔ پھر، 650nm اور 635nm کی طول موج کی آمد کے ساتھ، نیلے سبز اور نیلے رنگ کی روشنی والے سیمی کنڈکٹر لیزرز بھی ایک کے بعد ایک کامیابی کے ساتھ تیار کیے گئے۔ وایلیٹ اور حتیٰ کہ الٹرا وائلٹ سیمی کنڈکٹر لیزرز بھی 10mW کے آرڈر کے تیار کیے جا رہے ہیں۔ سطح سے خارج کرنے والے لیزرز اور عمودی گہا کی سطح سے خارج کرنے والے لیزرز نے 1990 کی دہائی کے آخر میں تیزی سے ترقی کی ہے، اور سپر متوازی آپٹو الیکٹرانکس میں متعدد ایپلی کیشنز پر غور کیا گیا ہے۔ 980nm، 850nm اور 780nm آلات آپٹیکل سسٹمز میں پہلے سے ہی عملی ہیں۔ فی الحال، گیگابٹ ایتھرنیٹ کے تیز رفتار نیٹ ورکس میں عمودی گہا کی سطح سے خارج ہونے والے لیزر استعمال کیے گئے ہیں۔

سیمی کنڈکٹر لیزرز کی ایپلی کیشنز
سیمی کنڈکٹر لیزرز لیزرز کی ایک کلاس ہیں جو پہلے پختہ ہوتی ہیں اور تیزی سے ترقی کرتی ہیں۔ ان کی وسیع طول موج کی حد، سادہ پیداوار، کم لاگت، اور آسان بڑے پیمانے پر پیداوار، اور ان کے چھوٹے سائز، ہلکے وزن، اور طویل زندگی کی وجہ سے، ان کی اقسام اور استعمال میں تیزی سے ترقی ہوتی ہے۔ ایک وسیع رینج، فی الحال 300 سے زیادہ پرجاتیوں۔

1. صنعت اور ٹیکنالوجی میں درخواست
1) آپٹیکل فائبر کمیونیکیشن۔سیمی کنڈکٹر لیزرآپٹیکل فائبر کمیونیکیشن سسٹم کے لیے روشنی کا واحد عملی ذریعہ ہے، اور آپٹیکل فائبر کمیونیکیشن عصری کمیونیکیشن ٹیکنالوجی کا مرکزی دھارا بن چکا ہے۔
2) ڈسک تک رسائی۔ سیمی کنڈکٹر لیزرز آپٹیکل ڈسک میموری میں استعمال کیے گئے ہیں، اور اس کا سب سے بڑا فائدہ یہ ہے کہ یہ آواز، متن اور تصویری معلومات کی ایک بڑی مقدار کو محفوظ کرتا ہے۔ نیلے اور سبز لیزرز کا استعمال آپٹیکل ڈسکس کی اسٹوریج کثافت کو بہت بہتر بنا سکتا ہے۔
3) سپیکٹرل تجزیہ۔ دور انفراریڈ ٹیون ایبل سیمی کنڈکٹر لیزرز محیطی گیس کے تجزیہ، فضائی آلودگی کی نگرانی، آٹوموبائل ایگزاسٹ وغیرہ میں استعمال کیے گئے ہیں۔ اسے صنعت میں بخارات کے جمع ہونے کے عمل کی نگرانی کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
4) آپٹیکل انفارمیشن پروسیسنگ۔ سیمی کنڈکٹر لیزرز آپٹیکل انفارمیشن سسٹم میں استعمال کیے گئے ہیں۔ سطح سے خارج ہونے والے سیمی کنڈکٹر لیزرز کی دو جہتی صفیں آپٹیکل متوازی پروسیسنگ سسٹمز کے لیے روشنی کے مثالی ذرائع ہیں، جو کمپیوٹرز اور آپٹیکل نیورل نیٹ ورکس میں استعمال کیے جائیں گے۔
5) لیزر مائیکرو فیبریکیشن۔ Q-switched سیمی کنڈکٹر لیزرز کے ذریعے پیدا ہونے والی ہائی انرجی الٹرا شارٹ لائٹ پلس کی مدد سے، انٹیگریٹڈ سرکٹس کو کاٹا، پنچ کیا جا سکتا ہے۔
6) لیزر الارم۔ سیمی کنڈکٹر لیزر الارم بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں، بشمول چور الارم، پانی کی سطح کے الارم، گاڑیوں کے فاصلے کے الارم وغیرہ۔
7) لیزر پرنٹرز۔ لیزر پرنٹرز میں ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزر استعمال کیے گئے ہیں۔ نیلے اور سبز لیزرز کا استعمال پرنٹنگ کی رفتار اور ریزولوشن کو بہت بہتر بنا سکتا ہے۔
8) لیزر بارکوڈ سکینر۔ سیمی کنڈکٹر لیزر بار کوڈ سکینر سامان کی فروخت اور کتابوں اور آرکائیوز کے انتظام میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے رہے ہیں۔
9) ٹھوس ریاست کے لیزرز کو پمپ کریں۔ یہ ہائی پاور سیمی کنڈکٹر لیزرز کا ایک اہم اطلاق ہے۔ اصل ماحول کے لیمپ کو تبدیل کرنے کے لیے اس کا استعمال ایک آل سالڈ اسٹیٹ لیزر سسٹم بنا سکتا ہے۔
10) ہائی ڈیفینیشن لیزر ٹی وی۔ مستقبل قریب میں، کیتھوڈ رے ٹیوبوں کے بغیر سیمی کنڈکٹر لیزر ٹی وی، جو سرخ، نیلے اور سبز رنگ کے لیزر استعمال کرتے ہیں، موجودہ ٹی وی کے مقابلے میں 20 فیصد کم بجلی استعمال کرنے کا تخمینہ ہے۔

2. میڈیکل اور لائف سائنس ریسرچ میں ایپلی کیشنز
1) لیزر سرجری۔سیمی کنڈکٹر لیزرزنرم بافتوں کے خاتمے، ٹشو بانڈنگ، کوایگولیشن اور بخارات کے لیے استعمال کیا گیا ہے۔ یہ تکنیک جنرل سرجری، پلاسٹک سرجری، ڈرمیٹالوجی، یورولوجی، پرسوتی اور امراض نسواں وغیرہ میں بڑے پیمانے پر استعمال ہوتی ہے۔
2) لیزر ڈائنامک تھراپی۔ فوٹو حساس مادے جو ٹیومر سے تعلق رکھتے ہیں وہ کینسر کے بافتوں میں منتخب طور پر جمع ہوتے ہیں، اور کینسر کے ٹشو کو ایک سیمی کنڈکٹر لیزر سے شعاع کیا جاتا ہے تاکہ ری ایکٹیو آکسیجن پرجاتیوں کو پیدا کیا جا سکے، جس کا مقصد صحت مند بافتوں کو نقصان پہنچائے بغیر اسے نیکروٹک بنانا ہے۔
3) لائف سائنس ریسرچ۔ کے "آپٹیکل چمٹی" کا استعمال کرتے ہوئےسیمی کنڈکٹر لیزرز، زندہ خلیوں یا کروموسوم کو پکڑنا اور انہیں کسی بھی مقام پر منتقل کرنا ممکن ہے۔ اس کا استعمال سیل کی ترکیب اور سیل کے تعامل کے مطالعے کو فروغ دینے کے لیے کیا گیا ہے، اور اسے فرانزک ثبوت جمع کرنے کے لیے ایک تشخیصی ٹیکنالوجی کے طور پر بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔