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क्या लेजर डायोड के प्रकाश बाजार में प्रवेश करने की उम्मीद है?

2021-09-03

क्या भविष्य में सामान्य प्रकाश व्यवस्था के लिए सेमीकंडक्टर लेजर का उपयोग किया जा सकता है? सेमीकंडक्टर लेजर की ऊर्जा दक्षता पारंपरिक एल ई डी की तुलना में 100 गुना या उससे भी अधिक है, इसलिए यह छोटे मरने के आकार के साथ बहुत अधिक प्रकाश उत्पादन प्रदान कर सकता है। सीमित भौतिक आकार वाले अनुप्रयोगों के लिए, अर्धचालक लेज़रों का आकर्षण स्पष्ट है, लेकिन सामान्य रोशनी के लिए उनका उपयोग करने का नुकसान यह है कि उनकी उत्सर्जक गुहा बहुत संकीर्ण है ...

एलईडी और सेमीकंडक्टर लेजर (या लेजर एलईडी) का काम करने का तरीका मूल रूप से एक ही है, यानी जब इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों को पोलीमराइज़ किया जाता है, तो प्रकाश उत्सर्जित होता है, और उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य उपयोग की जाने वाली सामग्री पर निर्भर करता है। अंतर यह है कि एलईडी प्रकाश की वर्णक्रमीय सीमा अपेक्षाकृत संकीर्ण है, जबकि अर्धचालक लेजर द्वारा उत्सर्जित प्रकाश मूल रूप से एकल तरंग दैर्ध्य है। सेमीकंडक्टर लेज़रों की उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य अवरक्त से लेकर पराबैंगनी तक हो सकती है, और इसका व्यापक रूप से ऑप्टिकल फाइबर संचार, बारकोड रीडर, ऑप्टिकल डिस्क रीडर और लेजर प्रिंटिंग में उपयोग किया गया है। लेकिन अभी तक, पारंपरिक प्रकाश व्यवस्था में सेमीकंडक्टर लेज़रों का अनुप्रयोग अव्यावहारिक साबित हुआ है।
पारंपरिक लेज़रों की तरह, सेमीकंडक्टर लेज़रों को भी प्रवर्धन के लिए गुंजयमान गुहाओं की आवश्यकता होती है। गुंजयमान गुहा में दो समानांतर विमान होते हैं जो कुछ सौ माइक्रोन से अलग होते हैं। ये दो तल दर्पण के रूप में कार्य करते हैं और उत्सर्जित फोटॉनों को वापस गुहा में उछाल देते हैं। कम बिजली के स्तर पर, सेमीकंडक्टर लेजर पारंपरिक एल ई डी के समान कार्य करते हैं। जब शक्ति काफी बड़ी होती है (लगभग 4kW/cm2), तो दो "दर्पणों" के बीच निकाले गए फोटॉन अधिक फोटॉन उत्सर्जित करने के लिए अर्धचालक सामग्री को उत्तेजित करना शुरू कर देते हैं। जब लेजर लाइट की पीढ़ी ऑफसेट होती है और आंतरिक नुकसान आंतरिक नुकसान से अधिक हो जाता है, तो डिवाइस "लेजर" शुरू हो जाता है, यानी सुसंगत प्रकाश की एकल तरंग दैर्ध्य का उत्सर्जन करता है।

पारंपरिक एलईडी और सेमीकंडक्टर लेजर के बीच कुछ समानताएं भी हैं: दोनों एसी-डीसी ड्राइवरों द्वारा संचालित होते हैं, और जब तापमान बढ़ता है, तो प्रकाश उत्पादन गिर जाएगा। लेकिन पारंपरिक एल ई डी के विपरीत, सेमीकंडक्टर लेजर ड्रोप प्रभाव से प्रभावित नहीं होते हैं। ड्रूप प्रभाव ड्राइव करंट को बढ़ाता है, जिसके परिणामस्वरूप कम बिजली दक्षता (आउटपुट लुमेन/इनपुट वाट) होती है। प्रकाश उत्पाद अनुप्रयोगों के लिए, पारंपरिक नीले एल ई डी में सेमीकंडक्टर लेजर की तुलना में उच्च दक्षता होती है, लेकिन केवल कम इनपुट धाराओं पर। इसलिए, आवश्यक सब्सट्रेट क्षेत्र को देखते हुए, पारंपरिक नीली एलईडी से समान स्तर का प्रकाश उत्पन्न करना व्यावहारिक नहीं है।
हालांकि लेज़र डायोड 1960 के दशक में दिखाई दिए हैं, लेकिन वे हाल ही में पर्याप्त ऊर्जा कुशल रहे हैं, जिन्हें प्रकाश अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से उच्च अंत ऑटोमोटिव रोशनी के लिए माना जा सकता है। बीएमडब्ल्यू ने लेजर हेडलाइट्स प्रदान की और दावा किया कि यह एलईडी हेडलाइट्स की तुलना में 10 गुना तेज है और इसकी दक्षता 30% अधिक है। यह एक सफेद प्रकाश किरण उत्पन्न करने के लिए हेडलैम्प हाउसिंग के अंदर नीले अर्धचालक लेजर को प्रतिबिंबित करने के लिए एक सटीक रूप से रखे गए परावर्तक का उपयोग करता है, और फिर उच्च-तीव्रता वाली सफेद रोशनी का उत्पादन करने के लिए इसे केंद्रित करने के लिए फॉस्फोर से भरे लेंस का उपयोग करता है।
क्या भविष्य में सामान्य प्रकाश व्यवस्था के लिए सेमीकंडक्टर लेजर का उपयोग किया जा सकता है? फॉस्फोर-परिवर्तित सफेद प्रकाश एलईडी की सैद्धांतिक ऊर्जा दक्षता सीमा लगभग 350 लुमेन / डब्ल्यू है, जबकि वाणिज्यिक प्रकाश उत्पाद 200 लुमेन / डब्ल्यू के करीब हैं। सेमीकंडक्टर लेजर की ऊर्जा दक्षता पारंपरिक एल ई डी की तुलना में 100 गुना या उससे भी अधिक है, इसलिए यह छोटे मरने के आकार के साथ बहुत अधिक प्रकाश उत्पादन प्रदान कर सकता है। सीमित भौतिक आकार (जैसे कार हेडलाइट्स) वाले अनुप्रयोगों के लिए, अर्धचालक लेजर का आकर्षण स्पष्ट है, लेकिन सामान्य प्रकाश व्यवस्था के लिए उनका उपयोग करने का नुकसान यह है कि उनकी उत्सर्जक गुहा बहुत संकीर्ण है (केवल लगभग 1 से 2 डिग्री)।
वर्तमान में, सामान्य प्रकाश व्यवस्था के लिए सेमीकंडक्टर लेजर का उपयोग करने के लिए कितनी कंपनियां प्रतिबद्ध हैं, यह अभी भी स्पष्ट नहीं है, लेकिन कम से कम एक कंपनी पहले ही संबंधित उत्पाद प्रदान कर चुकी है। SLD Laser ने 2016 की शुरुआत में LaserLight सरफेस माउंट (SMD) घटकों को लॉन्च किया। यह घटक ब्लू सेमीकंडक्टर लेजर, फॉस्फोर और हाई-लुमेन पैकेज का उपयोग करता है। यह 7×7 मिमी पैकेज में लगभग 500 लुमेन सफेद प्रकाश उत्सर्जित कर सकता है, और यह मानव आंख के लिए नहीं है। नुकसान, इसके परिष्कृत ऑप्टिकल घटक 2 डिग्री से अधिक नहीं के बीम कोण को प्राप्त करते हैं। लेजरलाइट एसएमडी घटक यूएल 8750 सुरक्षा प्रमाणन प्राप्त करने वाला दुनिया का पहला अर्धचालक लेजर प्रकाश स्रोत है।
सबसे संभावित स्थिति यह है कि लेजर अर्धचालक पहले विशेष भवनों के लिए प्रकाश व्यवस्था के उत्पादों पर लागू होते हैं। इन अनुप्रयोगों के लिए संकीर्ण और उच्च-तीव्रता वाले बीम की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, संग्रहालयों, दीर्घाओं, खुदरा स्थानों और कुछ अन्य विशेष स्थानों में, अंतरिक्ष के केवल एक कोने को पूरे स्थान के बजाय रोशन करने की आवश्यकता होती है। यह न केवल अंतरिक्ष सौंदर्यशास्त्र की आवश्यकता है, बल्कि नियंत्रण और रखरखाव को भी सरल करता है। हालांकि, सेमीकंडक्टर लेज़रों के संकीर्ण बीम के कारण, आर्थिक रूप से व्यवहार्य पारंपरिक प्रकाश उत्पादों को विकसित करने के लिए, उत्सर्जित प्रकाश का मार्गदर्शन और संचार करने के लिए ऑप्टिकल फाइबर या वेवगाइड को संयोजित करना आवश्यक हो सकता है।
बाजा डिज़ाइन्स द्वारा उपलब्ध कराए गए लाइटिंग एक्सेसरीज़ की तस्वीरों और वीडियो में, आप ऑफ-रोड वाहनों में इस्तेमाल होने वाली सेमीकंडक्टर लेजर लाइटिंग देख सकते हैं। बाजा डिजाइन का दावा है कि उनके ऑनएक्स6 हाइब्रिड लेजर/एलईडी और एक्सएल लेजर हाई स्पीड स्पॉट स्पॉटलाइट्स की प्रकाश दूरी पारंपरिक एलईडी ऑफ-रोड वाहन प्रकाश उत्पादों की तुलना में 350% है, जो रात में ऑफ-रोड प्रतियोगिताओं के लिए बहुत उपयुक्त है।