Definition: LASER on lyhenne sanoista Light amplification by stimulated emission of radiation. Laserdiodi lähettää säteilyä yhdellä aallonpituudella tai joskus kapealla taajuudella.

se emittoi valoa stimuloidun emission vuoksi, tässä kohdatessaan fotonin osuvan puolijohdeatomiin, korkeamman energiatason elektronit rekombinoituvat alemman energiatason reiän kanssa. Tämän vuoksi kaksi fotonia emittoituu yksi tapahtuma fotoni ja muut emittoituu johtuen rekombinaatio elektroneja ja reikä.

myös ledit toimivat samalla periaatteella, mutta suurin ero on sisäisessä arkkitehtuurissa. Laserdiodi muodostuu kapeista kanavista ja se toimii valon aaltoputkena. Mutta LEDit koostuvat leveistä kanavista.

rakenteensa vuoksi laserdiodi säteilee koherenttia & monokromaattista valoa (yksivärinen). Laserdiodin lähettämä valo koostuu yhdestä aallonpituudesta, kun taas LEDit lähettävät valoa, joka koostuu laajasta aallonpituusalueesta. Siten LED-valon säteilemä valo on epäyhtenäistä.

laserdiodin rakenne

laserdiodi koostuu kahdesta puolijohteiden kerroksesta eli P-tyypistä ja N-tyypistä. Puolijohteiden kerrokset koostuvat GAA-aineista, jotka on seostettu esimerkiksi seleenillä, alumiinilla tai piillä. Rakenne on sama kuin LEDillä, paitsi että laserissa käytetyt kanavat ovat kapeita tuottamaan yhden valonsäteen.

ja yksi ero Laserdiodissa on se, että laserdiodissa on myös luontainen gaas-kerros (undoped). Tätä kerrosta kutsutaan aktiivikerrokseksi. Aktiivinen kerros on ympäröity alemman taitekertoimen kerroksilla. Tämä toimii optisina heijastimina.

nämä kerrokset yhdessä aktiivisen kerroksen kanssa muodostavat aaltoputken niin, että valo voi kulkea vain yhtä polkua yhteen ja kiinteään suuntaan. Valonsäde tuotetaan tässä jaksossa. Metallikoskettimet on säädetty helpottamaan biasing.

laserdiodin toiminta

laserdiodi toimii sillä periaatteella, että jokainen virittyneessä tilassa oleva atomi voi lähettää fotoneja, jos korkeammalla energiatasolla oleville elektroneille tarjotaan ulkoinen energianlähde.

on periaatteessa kolme ilmiötä, joilla atomi voi emittoida valoenergiaa ja jotka ovat absorptio, spontaani emissio & stimuloitu emissio.

absorptio

absorptiossa alemman energiatason elektronit hyppäävät korkeammalle energiatasolle ts. valenssikaistasta johtuvuuskaistalle, kun elektroneille annetaan ulkoinen energianlähde. Nyt on aukkoja alemmalla energiatasolla eli valenssikaistalla ja elektroneja korkeammalla energiatasolla eli johtokaistalla.

spontaani emissio

jos korkeamman energiatason elektronit ovat epästabiileja, niillä on taipumus siirtyä alemmalle energiatasolle stabiilisuuden saavuttamiseksi. Mutta jos ne siirtyvät korkeammalta energiatasolta alemmalle energiatasolle, ne vapauttavat varmasti energiaa, joka on näiden kahden tason välinen energiaero. Vapautuva energia on valon muodossa ja näin fotonit lähtevät liikkeelle. Tätä prosessia kutsutaan spontaaniksi emissioksi.

Stimuloidussa emissiossa

stimuloidussa emissiossa fotonit iskevät elektroneihin korkeammalla energiatasolla ja nämä fotonit tulevat ulkoisesta valoenergialähteestä. Kun nämä fotonit törmäävät elektroneihin, elektronit saavat energiaa ja ne yhdistyvät reikiin ja vapauttavat ylimääräisen fotonin. Näin yksi tapaus fotoni stimuloi toisen fotonin vapauttaa. Näin ollen tätä prosessia kutsutaan stimuloiduksi emissioksi.

populaation inversio

elektronien tiheys energiatasoilla on elektronien populaatio ja se on enemmän valenssikaistalla tai alemmalla energiakaistalla ja vähemmän johtumiskaistalla tai korkeammalla energiatasolla. Jos elektronipopulaatio kasvaa korkeammalla energiatasolla tai korkeamman energiatilan elinikä on pitkä, stimuloitu emissio kasvaa. Tätä väestönkasvua korkeammalla energiatasolla kutsutaan populaation inversioksi.

ja tämä on tarvittava tila Laserdiodille. Enemmän populaation inversio enemmän on elektroneja korkeammassa ja meta stabiilissa tilassa ja enemmän on stimuloitu emissio. Emittoituneet fotonit ovat samassa vaiheessa tapahtuvien fotonien kanssa. Ja nämä fotonit kulkevat yhtenä valonsäteenä ja tuottavat siten koherenssia.

laserdiodin pääluokat

laserdiodin pääluokkia on kaksi eli Ruiskulaserdiodi & optisesti pumpattu puolijohdelaserdiodi.

1. Ruiskulaserdiodi: Toiminta on samanlainen kuin LED, paitsi että LEDit muodostuvat laajoista puolijohdekanavista, kun taas laserdiodit muodostuvat kapeista kanavista. Olemme jo keskustelleet tästä laserdiodin rakentamisessa. Tässä valonsäde kulkee aaltoputkessa ja itse diodi toimii aaltoputkena. Valonsäde vahvistuu toistuvista stimuloiduista emissioista.
2. optisesti pumpattu puolijohdelaser: optisesti pumpatussa laserissa ruiskulaserdiodi toimii ulkoisena pumppuna. Pohjana toimivat III & V-ryhmän puolijohdemateriaalit. Ja vahvistus saadaan aikaan stimuloidulla emissiolla.

siinä on useita etuja, kuten elektrodirakenteen aiheuttamien häiriöiden estäminen. Lisäksi se tarjoaa myös aallonpituuden valinnan edun.

laserdiodin L-I ominaisuudet

valoenergia kasvaa laservirran kasvaessa, mutta se riippuu lämpötilasta. Käyrästä käy ilmi, että valoenergia kasvaa tietyn kynnysarvon laservirran jälkeen. Tämä laservirran raja-arvo kasvaa eksponentiaalisesti lämpötilan mukana.

näin korkeammassa lämpötilassa myös laservirran raja-arvo, johon asti valoenergiaa syntyy, kasvaa. Näin ollen on tarpeen käyttää laserdiodi jopa raja-arvo laservirran koska tämän arvon yläpuolella ei ole valoenergiaa. Luotettavan toiminnan varmistamiseksi on tarpeen määrittää laservirran raja-arvo.

laserdiodin V-I-ominaisuudet

laserdiodin etujännite on yleensä noin 1,5 V. vaikkakin etujännite riippuu käyttölämpötilasta. Virran varianssi diodissa jännitteellä voidaan ymmärtää alla olevan kaavion avulla.

laserdiodin edut

1. alhainen virrankulutus laite.
2. taloudellinen, koska sen valmistus-ja käyttökustannukset ovat alhaiset.
3. sitä voidaan käyttää pitkään.
4. kannettava pienen kokonsa ja sisäisen arkkitehtuurinsa vuoksi.
5. erittäin luotettava ja erittäin tehokas.

laserdiodin haitat

1. nämä ovat lämpötilariippuvaisia ja siten sen toimintaan vaikuttaa käyttölämpötilan muutos.
2. se ei sovellu suurtehokäyttöön.

laserdiodin käyttö

1. kuituoptisen viestintäjärjestelmän käyttö.
2. Viivakoodinlukijat.
3. lasertulostus ja laserkeilaus.
4. etäisyysmittarit.
5. lääketieteen aloilla kirurgisissa instrumenteissa.
6. CD-soittimina ja DVD-tallentimina.

nämä ovat joitakin laserdiodin merkittäviä sovelluksia. Joukossa kaikki nämä sovellukset tärkein alue, jossa laserdiodi löytää sen sovellus on valokuitu viestintäjärjestelmä.