半導体レーザー

定義:レーザーは放射の誘導放出によって軽い拡大の頭字語です。 レーザダイオードは、単一の波長または時には狭帯域の密接に間隔を置いた波長の放射を放出する。

誘導放出により発光し、この中に入射光子が半導体原子に当たると、より高いエネルギー準位の電子がより低いエネルギー準位の正孔と再結合する。 このため、2つの光子が放出され、1つの入射光子が放出され、もう1つは電子と正孔の再結合によって放出される。

Ledも同じ原理で動作しますが、主な違いは内部アーキテクチャです。 レーザダイオードは狭いチャネルから形成され、それは光のための導波路として機能する。 しかし、Ledは広いチャンネルで構成されています。

レーザーダイオードとその他の光源

その構造により、レーザーダイオードはコヒーレントな&単色光（単色）を放出します。 レーザーダイオードによって出るライトは単一の波長からLEDsが波長の広いバンドから成っているライトを出す間、成っています。 したがって、LEDによって放出される光はインコヒーレントである。

レーザダイオードの構成

レーザダイオードは、P型とN型の二層の半導体で構成されています。 半導体の層はセレン、アルミニウムまたはケイ素のような材料と添加されるGaAsから成っています。 構造はレーザーで使用されるチャネルが単一の一条の光線を作り出すために狭い以外LEDのそれと同じです。

エッジ発光レーザダイオード

そして、レーザダイオードのもう一つの違いは、GaAs（アンドープ）の真性層も存在することです。 この層は活性層と呼ばれます。 活性層は、より低い屈折率の層によって囲まれている。 これは光学反射器として機能します。

これらの層は活性層とともに導波路を形成し、光は単一の固定された方向に単一の経路でのみ移動することができます。 光のビームは、このセクションで生成されます。 金属の接触は付勢を促進するために提供される。

レーザーダイオードの働き

レーザーダイオードは、より高いエネルギーレベルの電子に外部エネルギー源が与えられれば、励起状態のすべての原子が光子を放出

レーザーダイオード構成図

原子が光エネルギーを放出することができ、それは吸収、自然放出&誘導放出である三つの現象が基本的にあります。

吸収

吸収では、より低いエネルギー準位の電子はより高いエネルギー準位にジャンプします。 電子が外部エネルギー源を提供されているときの価電子帯から伝導帯へ。 現在、より低いエネルギー準位、すなわち価電子帯に正孔があり、より高いエネルギー準位、すなわち伝導帯に電子がある。

自然放出

今、より高いエネルギー準位の電子が不安定であるならば、それらは安定性を達成するためにより低いエネルギー準位に移動する傾向があ しかし、彼らがより高いエネルギーレベルからより低いエネルギーレベルに移動するならば、彼らは間違いなくこれら二つのレベルの間のエネルギー差 放出されたエネルギーは光の形になり、光子が放出されます。 このプロセスは自然放出と呼ばれます。

誘導放出

誘導放出では、光子はより高いエネルギーレベルで電子に衝突し、これらの光子は外部の光エネルギー源から供給されます。 これらの光子が電子に衝突すると、電子はエネルギーを獲得し、それらは正孔と再結合し、余分な光子を放出する。 したがって、1つの入射光子は、別の光子を刺激して放出する。 したがって、このプロセスは誘導放出と呼ばれます。

母集団反転

エネルギーレベルでの電子の密度は電子の人口であり、価電子帯または低エネルギー帯でより多く、伝導帯またはより高いエネルギー 電子の集団がより高いエネルギー準位で増加するか、またはより高いエネルギー状態の寿命が長い場合、誘導放出は増加する。 より高いエネルギーレベルでの人口のこの増加は、人口反転と呼ばれます。

そして、これはレーザダイオードのための必要な状態です。 より多くの人口反転は、より高いおよびメタ安定状態での電子であり、より多くの誘導放出であろう。 放出される光子は、入射光子と同じ位相にある。 そして、これらの光子は、単一の光線として移動し、したがって、コヒーレンスを生成します。

半導体レーザーの主要な部門

半導体レーザーの二つの主要な部門すなわち注入の半導体レーザー&光学的にポンプでくまれた半導体の半導体レーザーがあります。

  1. 注入レーザーダイオード: 動作は、Ledが半導体の広いチャネルによって形成され、レーザダイオードが狭いチャネルから形成されることを除いて、LEDに類似している。 私達は半導体レーザーの構造のこれを既に論議してしまいました。 これでは、光ビームは導波路で移動し、ダイオード自体は導波路として機能します。 光ビームは反復誘導放出によって増幅される。
  2. 光学励起半導体レーザ：光学励起レーザでは、注入レーザダイオードは外部ポンプとして機能する。 III&V族半導体材料は基礎として機能します。 そして増幅は誘導放出によって達成される。

電極構造に起因する干渉を防止するなど、いくつかの利点があります。 その上、それはまた波長の選択の利点を提供します。

レーザーダイオードL-I特性

光エネルギーはレーザー電流の増加とともに増加しますが、温度に依存します。 この曲線から、特定のしきい値レーザ電流の後に光エネルギーが増加することが明らかである。 レーザ電流のこのしきい値は温度とともに指数関数的に増加する。

このように、より高い温度では、光エネルギーが発生するレーザ電流のしきい値も増加する。 したがって、この値を超えると光エネルギーがないため、レーザ電流のしきい値までレーザダイオードを動作させる必要がある。 信頼性の高い動作をするためには、レーザ電流のしきい値を決定する必要があります。

レーザダイオードのV-I特性

レーザダイオードの順方向電圧は一般に1.5V前後ですが、順方向電圧は動作温度に依存します。 ダイオードの電流と電圧の分散は、以下の図の助けを借りて理解することができます。

半導体レーザーの特徴

半導体レーザーの利点

  1. 低い電力の消費装置。
  2. 製造および操作の費用が低いので経済的。
  3. 長時間操作することができます。
  4. その小型化と内部アーキテクチャのためにポータブル。
  5. 信頼性が高く、効率が高い。

レーザダイオードの欠点

  1. これらは温度依存性であり、したがって、その動作は動作温度の変化によって影響される。
  2. それは高い発電の適用のために適していません。

レーザーダイオード

  1. 繊維の光通信システムの適用。
  2. バーコードリーダー。
  3. レーザー印刷とレーザースキャン。
  5. 外科用器具の医療分野で。
  6. CDプレーヤーとDVDレコーダーで。

これらは、レーザダイオードの重要な用途の一部です。 これらの適用すべての中で半導体レーザーが適用を見つける最も重大な王国は光ファイバーの通信システムです。

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