সম্প্রতি, ন্যাশনাল ইউনিভার্সিটি অফ ডিফেন্স টেকনোলজির স্কুল অফ ইন্টারডিসিপ্লিনারি সায়েন্সেস এবং Suzhou Changguang Huaxin Optoelectronics Technology Co., Ltd. এর একটি সেমিকন্ডাক্টর লেজার দল দ্বৈত-রঙের সেমিকন্ডাক্টর লেজার গবেষণায় উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি করেছে৷ "মনোলিথিক 960/1000nm bi-রঙের সেমিকন্ডাক্টর ডিস্ক লেজার 300MW/cm²sr এর বেশি উজ্জ্বলতা প্রদান করে" শিরোনামের ফলাফলগুলি ACS ফটোনিক্সে প্রকাশিত হয়েছে৷ ঝাং ঝিচেং, ইউএসটিসি-এর একজন সহকারী গবেষক, প্রথম লেখক হিসেবে কাজ করেছেন, প্রফেসর ওয়াং জুন এবং ঝাং চাও ফ্যান সংশ্লিষ্ট লেখক হিসেবে।
সেমিকন্ডাক্টর ডিস্ক লেজার (SDLs), যা উল্লম্ব-গহ্বর পৃষ্ঠ-এমিটিং লেজার (VECSELs) নামেও পরিচিত, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে উল্লেখযোগ্য মনোযোগ আকর্ষণ করেছে৷ সেমিকন্ডাক্টর গেইন এবং সলিড-স্টেট রেজোনেটরের সুবিধার সমন্বয় করে, তারা কার্যকরভাবে প্রচলিত একক-মোড সেমিকন্ডাক্টর লেজারের নির্গমন এলাকার সীমাবদ্ধতা অতিক্রম করে যখন নমনীয় সেমিকন্ডাক্টর ব্যান্ডগ্যাপ ডিজাইন এবং উচ্চ উপাদান লাভের বৈশিষ্ট্যগুলি অফার করে। তারা কম-শব্দ সংকীর্ণ-লাইনউইথ লেজার আউটপুট, আল্ট্রাফাস্ট হাই-পুনরাবৃত্তি-রেট পালস জেনারেশন, হাই-হারমোনিক জেনারেশন, এবং সোডিয়াম গাইড স্টার প্রযুক্তি সহ অসংখ্য পরিস্থিতিতে অ্যাপ্লিকেশন খুঁজে পায়। প্রযুক্তির অগ্রগতি বৃহত্তর তরঙ্গদৈর্ঘ্য নমনীয়তা দাবি করে। দ্বৈত-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সমন্বিত উত্সগুলি উদীয়মান ক্ষেত্রে অপার সম্ভাবনা প্রদর্শন করে যেমন অ্যান্টি-জ্যামিং লিডার, হলোগ্রাফিক ইন্টারফেরোমেট্রি, তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিভাজন মাল্টিপ্লেক্সিং যোগাযোগ, মধ্য-ইনফ্রারেড বা টেরাহার্টজ জেনারেশন, এবং মাল্টিকালার অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি কম্বস। উচ্চ-উজ্জ্বলতা দ্বৈত-তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্গমন অর্জন করা এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্যের মধ্যে লাভের প্রতিযোগিতা দমন করা সেমিকন্ডাক্টর ডিস্ক লেজারগুলিতে একটি উল্লেখযোগ্য চ্যালেঞ্জ হিসাবে রয়ে গেছে।
এই চ্যালেঞ্জ মোকাবেলা করার জন্য, সেমিকন্ডাক্টর লেজার দল একটি উদ্ভাবনী চিপ ডিজাইনের প্রস্তাব করেছে। গভীরতর সাংখ্যিক গবেষণার মাধ্যমে, তারা আবিষ্কার করেছে যে সঠিকভাবে তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করা-নির্ভর কোয়ান্টাম ওয়েল গেইন ফিল্টারিং এবং সেমিকন্ডাক্টর মাইক্রোক্যাভিটি ফিল্টারিং প্রভাব নমনীয় ডুয়াল-রঙ লাভ নিয়ন্ত্রণকে সক্ষম করতে পারে। এটির উপর ভিত্তি করে, দলটি সফলভাবে একটি উচ্চ-উজ্জ্বলতা লাভের চিপ ডিজাইন করেছে যা 960/1000 nm-এ কাজ করে। এই লেজারটি প্রায় 310 mW/cm²sr এর আউটপুট উজ্জ্বলতা অর্জন করে প্রায়-ডিফ্রাকশন-সীমিত মৌলিক মোডে কাজ করে।
গবেষণা উদ্ভাবন
চিত্র 1: উচ্চ-দ্বৈত উজ্জ্বলতা-তরঙ্গদৈর্ঘ্য সেমিকন্ডাক্টর গেইন চিপ ডিজাইন
সেমিকন্ডাক্টর ওয়েফার গেইন লেয়ারটি মাত্র কয়েক মাইক্রোমিটার পুরু, যা সেমিকন্ডাক্টর-এয়ার ইন্টারফেস এবং সাবস্ট্রেটে ডিস্ট্রিবিউটেড ব্র্যাগ রিফ্লেক্টরের মধ্যে একটি ফ্যাব্রি-পেরোট মাইক্রোক্যাভিটি তৈরি করে। সেমিকন্ডাক্টর মাইক্রোক্যাভিটিকে একটি সমন্বিত বর্ণালী ফিল্টার হিসাবে বিবেচনা করা কোয়ান্টাম ভাল লাভকে মডিউল করে। একই সাথে, মাইক্রোক্যাভিটি ফিল্টারিং প্রভাব এবং সেমিকন্ডাক্টর লাভ স্বতন্ত্র তাপমাত্রা প্রবাহের হার প্রদর্শন করে। তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণের সাথে মিলিত, এটি আউটপুট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সুইচিং এবং নিয়ন্ত্রণ সক্ষম করে। এই বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যবহার করে, দলটি গণনামূলকভাবে 950 nm-এ 300 K-এ কোয়ান্টাম কূপের লাভের শিখর সেট করে, যার তরঙ্গদৈর্ঘ্যের তাপমাত্রা বৃদ্ধির হার প্রায় 0.37 nm/K। পরবর্তীকালে, দলটি চিপের অনুদৈর্ঘ্য সীমাবদ্ধতার কারণগুলি ডিজাইন করার জন্য স্থানান্তর ম্যাট্রিক্স পদ্ধতি ব্যবহার করে, যা প্রায় 960 এনএম এবং 1000 এনএম এর সর্বোচ্চ তরঙ্গদৈর্ঘ্য অর্জন করে। সিমুলেশনগুলি শুধুমাত্র 0.08 nm/K তাপমাত্রা প্রবাহের হার প্রকাশ করেছে। এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির জন্য ধাতু-জৈব রাসায়নিক বাষ্প জমা (MOCVD) ব্যবহার করে, দলটি ক্রমাগত প্রক্রিয়া অপ্টিমাইজেশানের মাধ্যমে সফলভাবে উচ্চ{16}}গুণমান লাভের চিপ তৈরি করেছে৷ ফটোলুমিনেসেন্স পরিমাপ সম্পূর্ণরূপে সিমুলেশন ফলাফলের সাথে মিলেছে। তাপীয় লোড কমাতে এবং উচ্চ-পাওয়ার অপারেশন সক্ষম করতে, একটি সেমিকন্ডাক্টর-ডায়মন্ড চিপ প্যাকেজিং প্রক্রিয়া আরও উন্নত করা হয়েছিল।
সেমিকন্ডাক্টর গেইন চিপ আউটপুট বৈশিষ্ট্যের ব্যাপক বিশ্লেষণ
চিপ প্যাকেজিং অনুসরণ করে, দলটি তার লেজারের কর্মক্ষমতার একটি ব্যাপক মূল্যায়ন করেছে। ক্রমাগত অপারেশন মোডে, নির্গমন তরঙ্গদৈর্ঘ্য নমনীয়ভাবে পাম্পের শক্তি বা তাপ সিঙ্কের তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করে 960 nm এবং 1000 nm এর মধ্যে সুরক্ষিত করা যেতে পারে। একটি নির্দিষ্ট পাম্প পাওয়ার রেঞ্জের মধ্যে, লেজারটি 39.4 এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ব্যবধানের সাথে দ্বৈত-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের অপারেশনও অর্জন করেছে, সর্বাধিক একটানা-তরঙ্গ শক্তি 3.8 ওয়াট পর্যন্ত পৌঁছেছে। একইসঙ্গে, লেজারটি রক্ষণাবেক্ষণ করে-বিবর্তন-মাত্র মানের ফন্ডামেন্টের সাথে সীমাবদ্ধ। প্রায় 310 MW/cm²sr এর উজ্জ্বলতা। দলটি লেজারের আধা-নিরবিচ্ছিন্ন তরঙ্গ কর্মক্ষমতাও তদন্ত করেছে৷ অনুরণক গহ্বরে একটি LiB₃O₅ অরৈখিক অপটিক্যাল স্ফটিক সন্নিবেশ করে, তারা সফলভাবে যোগফল{16}}ফ্রিকোয়েন্সি সংকেত পর্যবেক্ষণ করেছে, উভয় তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সিঙ্ক্রোনাইজেশন নিশ্চিত করেছে।
এই বুদ্ধিমান চিপ ডিজাইনটি কোয়ান্টাম ওয়েল গেইন ফিল্টারিং এবং মাইক্রোক্যাভিটি ফিল্টারিং এর একটি জৈব ইন্টিগ্রেশন অর্জন করে, দ্বৈত তরঙ্গদৈর্ঘ্য লেজারের উত্সগুলি উপলব্ধি করার জন্য ডিজাইনের ভিত্তি স্থাপন করে৷ কর্মক্ষমতা মেট্রিক্সের পরিপ্রেক্ষিতে, এই একচেটিয়া দ্বৈত-তরঙ্গদৈর্ঘ্য লেজার উচ্চ উজ্জ্বলতা, উচ্চ নমনীয়তা, এবং সুনির্দিষ্ট সমাক্ষীয় মরীচি আউটপুট অর্জন করে। একশিলা দ্বৈত -তরঙ্গদৈর্ঘ্য সেমিকন্ডাক্টর লেজারের বর্তমান ক্ষেত্রে বিশ্বের শীর্ষস্থানীয় স্তরগুলির মধ্যে এর উজ্জ্বলতা স্থান করে নিয়েছে৷ ব্যবহারিক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, এই কৃতিত্ব বহু-রঙের লিডার সিস্টেমে প্রতিশ্রুতি রাখে। এর উচ্চ উজ্জ্বলতা এবং দ্বৈত-তরঙ্গদৈর্ঘ্যের বৈশিষ্ট্যগুলিকে কাজে লাগিয়ে, এটি জটিল পরিবেশে রাডার সনাক্তকরণের নির্ভুলতা এবং হস্তক্ষেপ-বিরোধী ক্ষমতাকে কার্যকরভাবে উন্নত করতে পারে। অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি কম্ব অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, এর স্থিতিশীল দ্বৈত{11}}তরঙ্গদৈর্ঘ্য আউটপুট নির্ভুল বর্ণালী পরিমাপ এবং উচ্চ-রেজোলিউশন অপটিক্যাল সেন্সিংয়ের জন্য গুরুত্বপূর্ণ সহায়তা প্রদান করে। সামনের দিকে তাকিয়ে, দলটি তাদের গবেষণাকে আরও গভীর করার পরিকল্পনা করেছে। এক ফ্রন্টে, তারা একক-মোড পাওয়ার আরও বাড়ানোর জন্য ইলেক্ট্রোড ডাইমেনশন এবং ডোপিংয়ের মতো প্যারামিটারগুলিকে অপ্টিমাইজ করে ইলেক্ট্রো পাম্প করা ডিভাইসগুলি তৈরি করার লক্ষ্য রাখে৷ অন্য দিকে, তারা অভিনব ইলেক্ট্রো-পাম্প করা ফোটোনিক ক্রিস্টাল সারফেস-এমিটিং সেমিকন্ডাক্টর লেজারগুলি অন্বেষণ করবে৷
