meghatározás: a lézer a fényerősítés rövidítése a sugárzás stimulált kibocsátásával. A lézerdióda egyetlen hullámhosszú sugárzást bocsát ki, vagy néha keskeny, szorosan elhelyezkedő hullámhosszú sávot.

a stimulált emisszió miatt fényt bocsát ki, ebben az esetben, amikor egy beeső foton félvezető atomnak ütközik, a magasabb energiaszintű elektronok alacsonyabb energiaszintű lyukkal rekombinálódnak. Ennek köszönhetően két foton bocsát ki egy beeső fotont,a másik pedig az elektronok és a lyuk rekombinációja miatt.

a LED-ek ugyanazon az elven működnek, de a fő különbség a belső architektúra. A lézerdióda keskeny csatornákból áll, és hullámvezetőként működik a fény számára. De a LED-ek széles csatornákból állnak.

szerkezete miatt a lézerdióda koherens & monokromatikus fényt bocsát ki (Egyszínű). A lézerdióda által kibocsátott fény egyetlen hullámhosszból áll, míg a LED-ek széles hullámhosszú sávból álló fényt bocsátanak ki. Így a LED által kibocsátott fény nem koherens.

lézerdióda építése

a lézerdióda két félvezető rétegből áll, azaz P-típusú és N-típusú. A félvezetők rétegei olyan anyagokkal adalékolt GaAs-ból állnak, mint a szelén, alumínium vagy szilícium. A konstrukció megegyezik a LED-del, kivéve, hogy a lézerben használt csatornák keskenyek egyetlen fénysugár előállításához.

és még egy különbség a Lézerdiódában az, hogy a GaAs belső rétege is jelen van. Ezt a réteget aktív rétegnek nevezzük. Az aktív réteget alacsonyabb törésmutatójú rétegek zárják le. Ez optikai reflektorként működik.

ezek a rétegek az aktív réteggel együtt hullámvezetőt alkotnak, így a fény csak egyetlen úton haladhat egyetlen és rögzített irányban. A fénysugár ebben a szakaszban készül. A fém érintkezők az előfeszítés megkönnyítésére szolgálnak.

lézerdióda működése

a lézerdióda azon az elven működik, hogy minden gerjesztett állapotban lévő atom fotonokat bocsáthat ki, ha a magasabb energiaszintű elektronokat külső energiaforrással látják el.

alapvetően három jelenség létezik, amelyek révén egy atom fényenergiát bocsáthat ki, és amelyek abszorpció, spontán emisszió & stimulált emisszió.

abszorpció

abszorpcióban az alacsonyabb energiaszintű elektronok magasabb energiaszintre ugranak, azaz. a vegyértéksávtól a vezetési sávig, amikor az elektronok külső energiaforrással vannak ellátva. Most vannak lyukak alacsonyabb energiaszinten, azaz vegyértéksávban és elektronok magasabb energiaszinten, azaz vezetési sávban.

spontán emisszió

most, ha a magasabb energiaszintű elektronok instabilak, akkor hajlamosak az alacsonyabb energiaszintre mozogni a stabilitás elérése érdekében. De ha a magasabb energiaszintről az alacsonyabb energiaszintre mozognak, akkor határozottan felszabadítják az energiát, amely a két szint közötti energiakülönbség lesz. A felszabaduló energia fény formájában lesz, így fotonok bocsátódnak ki. Ezt a folyamatot spontán emissziónak nevezik.

stimulált emisszió

a stimulált emisszióban a fotonok magasabb energiaszinten csapnak le az elektronokra, és ezeket a fotonokat külső fényenergia-forrásból táplálják. Amikor ezek a fotonok megütik az elektronokat, az elektronok energiát nyernek, és lyukakkal rekombinálódnak, és egy extra fotont szabadítanak fel. Így az egyik beeső foton stimulálja a másik foton felszabadulását. Így ezt a folyamatot stimulált emissziónak nevezzük.

populációs inverzió

az elektronok sűrűsége az energiaszinteken az elektronok populációja, és inkább a vegyértéksávban vagy az alacsonyabb energiasávban, kevésbé a vezetési sávban vagy magasabb energiaszinten van. Ha az elektronok populációja magasabb energiaszinten növekszik, vagy a magasabb energiaállapotok élettartama hosszú, akkor a stimulált emisszió növekedni fog. Ezt a népességnövekedést magasabb energiaszinten népesség inverziónak nevezzük.

és ez a lézerdióda szükséges állapota. Több a populáció inverzió több lesz az elektronok magasabb és meta stabil állapotban, és több lesz a stimulált emisszió. A kibocsátott fotonok ugyanabban a fázisban vannak a beeső fotonokkal. És ezek a fotonok egyetlen fénysugár formájában haladnak, és így koherenciát hoznak létre.

a lézerdióda főbb kategóriái

a Lézerdiódának két fő kategóriája van, azaz az injekciós lézerdióda & optikailag szivattyúzott félvezető lézerdióda.

1. injekciós lézerdióda: A művelet hasonló a LED-hez, azzal a különbséggel, hogy a LED-eket széles félvezető csatornák alkotják, míg a Lézerdiódákat keskeny csatornák alkotják. Ezt már megvitattuk a lézerdióda építésében. Ebben a fénysugár a hullámvezetőben halad, maga a dióda pedig hullámvezetőként működik. A fénysugarat ismételt stimulált emisszió erősíti.
2. optikailag szivattyúzott félvezető lézer: optikailag szivattyúzott lézerben az injekciós lézerdióda külső szivattyúként működik. A III & V csoport félvezető anyagok alapul szolgálnak. Az erősítést pedig stimulált emisszióval érik el.

számos előnyt kínál, például megakadályozza az elektróda szerkezete által okozott interferenciát. Ezenkívül a hullámhossz kiválasztásának előnye is.

lézerdióda L-I jellemzők

a fényenergia növekszik a lézeráram növekedésével, de a hőmérséklettől függ. A görbéből nyilvánvaló, hogy a fényenergia egy adott küszöb lézeráram után növekszik. Ez a lézeráram küszöbértéke exponenciálisan növekszik a hőmérséklettel.

így magasabb hőmérsékleten a lézeráram küszöbértéke, amelyig fényenergia keletkezik, szintén növekszik. Ezért a lézerdiódát a lézeráram küszöbértékéig kell működtetni, mivel ezen érték felett nincs fényenergia. A megbízható működés érdekében meg kell határozni a lézeráram küszöbértékét.

a lézerdióda V-I jellemzői

a lézerdióda előremenő feszültsége általában 1,5 V körül van. A dióda áramának feszültséggel való varianciája az alábbi ábra segítségével érthető.

a lézerdióda előnyei

1. alacsony energiafogyasztású eszköz.
2. gazdaságos, mivel gyártási és üzemeltetési költsége alacsony.
3. hosszú ideig működtethető.
4. kis méretének és belső architektúrájának köszönhetően hordozható.
5. rendkívül megbízható és rendkívül hatékony.

a lézerdióda hátrányai

1. ezek hőmérsékletfüggőek, ezért működését befolyásolja az üzemi hőmérséklet változása.
2. nem alkalmas nagy teljesítményű alkalmazásra.

Alkalmazások lézerdióda

1. száloptikai kommunikációs rendszer.
2. vonalkódolvasók.
3. lézernyomtatás és lézerszkennelés.
4. távolságmérők.
5. orvosi területeken a sebészeti eszközökben.
6. CD-lejátszókban és DVD-felvevőkben.

ezek a lézerdióda jelentős alkalmazásai. Ezen alkalmazások közül a lézerdióda alkalmazásának legfontosabb területe az optikai szálas kommunikációs rendszer.