Definition: LASER er et akronym for Lysforstærkning ved stimuleret emission af stråling. En laserdiode udsender stråling med en enkelt bølgelængde eller undertiden et smalt bånd med tæt afstand bølgelængde.

det udsender lys på grund af stimuleret emission, i dette når en hændelse foton strejke halvlederatom, elektronerne på højere energiniveau rekombineres med lavere energiniveau hul. På grund af dette udsendes to fotoner en hændelse foton og andre udsendes på grund af rekombination af elektroner og hul.

LED ‘ er fungerer også efter det samme princip, men den største forskel er den interne arkitektur. En laserdiode er dannet af smalle kanaler, og den fungerer som en bølgeleder for lys. Men led ‘ er består af brede kanaler.

på grund af sin struktur udsender laserdiode sammenhængende & monokromatisk lys (enkelt farve). Lyset, der udsendes af laserdiode, består af en enkelt bølgelængde, mens lysdioder udsender lys bestående af et bredt bånd af bølgelængder. Således er lyset udsendt af LED usammenhængende.

konstruktion af laserdiode

laserdioden består af to lag halvledere, dvs.P-type og N-type. Lagene af halvledere består af GaAs doteret med materialer som selen, aluminium eller silicium. Konstruktionen er den samme som for LED, bortset fra at de kanaler, der bruges i Laser, er smalle til at producere en enkelt lysstråle.

og endnu en forskel i en laserdiode er, at et iboende lag af GaAs (undoped) også er til stede. Dette lag kaldes aktivt lag. Det aktive lag er omsluttet af lag med lavere brydningsindeks. Dette fungerer som optiske reflektorer.

disse lag sammen med aktivt lag danner en bølgeleder, så lys kun kan bevæge sig i en enkelt sti i en enkelt og fast retning. Lysstrålen er produceret i dette afsnit. Metalkontakterne er tilvejebragt for at lette forspænding.

bearbejdning af laserdiode

laserdioden fungerer efter princippet om, at hvert atom i sin ophidsede tilstand kan udsende fotoner, hvis elektroner på højere energiniveau er forsynet med en ekstern energikilde.

der er dybest set tre fænomener, hvormed et atom kan udsende lysenergi, og som er Absorption, spontan Emission & stimuleret emission.

Absorption

i absorption springer elektronerne ved lavere energiniveauer til højere energiniveau, dvs. fra valensbånd til ledningsbånd, når elektronerne er forsynet med en ekstern energikilde. Nu er der huller på lavere energiniveau, dvs. valensbånd og elektroner på højere energiniveau, dvs.ledningsbånd.

spontan Emission

nu, hvis elektronerne i højere energiniveau er ustabile, vil de have tendens til at bevæge sig til det lavere energiniveau for at opnå stabilitet. Men hvis de vil flytte fra højere energiniveau til lavere energiniveauer, vil de helt sikkert frigive den energi, der vil være energiforskellen mellem disse to niveauer. Den frigjorte energi vil være i form af lys, og fotoner vil således blive udsendt. Denne proces kaldes spontan emission.

stimuleret Emission

i stimuleret emission rammer fotonerne elektroner på højere energiniveau, og disse fotoner leveres fra en ekstern lysenergikilde. Når disse fotoner rammer elektronerne, får elektroner energi, og de rekombineres med huller og frigiver en ekstra foton. Således stimulerer en hændelsesfoton en anden foton til at frigive. Således kaldes denne proces stimuleret emission.

Befolkningsinversion

tætheden af elektroner ved energiniveauer er populationen af elektroner, og den er mere i valensbånd eller lavere energibånd og mindre i ledningsbåndet eller højere energiniveau. Hvis populationen af elektroner stiger ved højere energiniveau, eller levetiden for højere energitilstande er lang, vil stimuleret emission stige. Denne stigning i befolkningen på højere energiniveau betegnes som befolkningsinversion.

og dette er den nødvendige tilstand for laserdiode. Mere populationsinversion mere vil være elektronerne ved højere og metastabil tilstand, og mere vil være den stimulerede emission. De udsendte fotoner er i samme fase med de indfaldende fotoner. Og disse fotoner bevæger sig som en enkelt lysstråle og producerer således sammenhæng.

hovedkategorier af laserdiode

der er to hovedkategorier af laserdiode, dvs.Injektionslaserdiode & optisk pumpet halvlederlaserdiode.

1. Injektionslaserdiode: Operationen ligner LED, bortset fra at LED ‘ er dannes af brede kanaler af halvleder, mens laserdioder dannes af smalle kanaler. Vi har allerede diskuteret dette i konstruktionen af laserdiode. I dette bevæger lysstrålen sig i bølgelederen, og selve dioden fungerer som en bølgeleder. Lysstrålen forstærkes ved gentagen stimuleret emission.
2. optisk pumpet halvlederlaser: i optisk pumpet laser fungerer injektionslaserdioden som en ekstern pumpe. III & V gruppe halvledermaterialer fungerer som grundlag. Og forstærkningen opnås ved stimuleret emission.

det giver flere fordele, såsom forebyggelse mod interferens forårsaget på grund af elektrodestrukturen. Desuden giver det også en fordel ved valg af bølgelængde.

laserdiode L-i egenskaber

lysenergien stiger med stigning i laserstrøm, men den er afhængig af temperatur. Det fremgår af kurven, at lysenergien stiger efter en bestemt tærskellaserstrøm. Denne tærskelværdi af laserstrøm stiger eksponentielt med temperaturen.

ved en højere temperatur øges tærskelværdien af laserstrøm, op til hvilken lysenergi genereres. Det er således nødvendigt at betjene laserdioden op til tærskelværdien af laserstrøm, fordi der over denne værdi ikke er nogen lysenergi. For at have en pålidelig drift er det nødvendigt at bestemme tærskelværdien af laserstrømmen.

V-i-egenskaber ved laserdiode

laserdiodens fremadspænding er generelt omkring 1,5 V. selvom fremadspændingen afhænger af driftstemperaturen. Variansen af strøm i dioden med spændingen kan forstås ved hjælp af nedenstående diagram.

fordele ved laserdiode

1. enhed med lavt strømforbrug.
2. økonomisk, da omkostningerne ved fremstilling og drift er lave.
3. Det kan betjenes i lang tid.
4. bærbar på grund af sin lille størrelse og interne arkitektur.
5. meget pålidelig og meget effektiv.

ulemper ved laserdiode

1. Disse er temperaturafhængige, og dermed påvirkes dens drift af ændringen i driftstemperatur.
2. Det er ikke egnet til anvendelse med høj effekt.

anvendelser af laserdiode

1. fiberoptisk kommunikationssystem.
2. stregkodelæsere.
3. laserprint og laserscanning.
4. afstandsmålere.
5. inden for medicinske områder inden for kirurgiske instrumenter.
6. i CD-afspillere og DVD-optager.

dette er nogle af de væsentlige anvendelser af laserdioden. Blandt alle disse applikationer er det mest afgørende område, hvor laserdiode finder sin anvendelse, optisk fiberkommunikationssystem.