definitie: LASER is een acroniem van lichtversterking door gestimuleerde emissie van straling. Een laserdiode zendt straling van een enkele golflengte Of soms een smalle band van dicht op elkaar gelegen golflengte.

het straalt licht uit door gestimuleerde emissie, waarbij wanneer een invallend foton een halfgeleideratoom raakt, de elektronen op een hoger energieniveau recombineren met een gat op een lager energieniveau. Wegens dit worden twee fotonen uitgezonden één incident foton en andere wordt uitgezonden wegens nieuwe combinatie van elektronen en gat.

LED ‘ s werken ook volgens hetzelfde principe, maar het grote verschil is de interne architectuur. Een laserdiode wordt gevormd uit smalle kanalen en fungeert als een golfgeleider voor licht. Maar LEDs bestaat uit brede kanalen.

door zijn structuur straalt de laserdiode coherent & monochromatisch licht (éénkleurig) uit. Het licht dat door laserdiode wordt uitgezonden bestaat uit enige golflengte terwijl LED ‘ s licht uitzenden dat uit een brede band van golflengten bestaat. Aldus, is het licht dat door LED wordt uitgezonden onsamenhangend.

constructie van laserdiode

de laserdiode bestaat uit twee lagen halfgeleiders, namelijk P-type en N-type. De lagen halfgeleiders bestaan uit GaAs gedoteerd met materialen als selenium, aluminium of silicium. De constructie is hetzelfde als die van LED behalve dat de kanalen die in Laser worden gebruikt smal zijn om een enkele lichtbundel te produceren.

en een ander verschil in een laserdiode is dat er ook een intrinsieke laag van GaAs (niet-gedoopt) aanwezig is. Deze laag wordt actieve laag genoemd. De actieve laag wordt omsloten door lagen met een lagere brekingsindex. Deze fungeren als optische Reflectoren.

deze lagen vormen samen met de actieve laag een golfgeleider zodat licht slechts in één enkel pad in één vaste richting kan reizen. De lichtbundel wordt in deze sectie geproduceerd. De metalen contacten worden verstrekt om vertekening te vergemakkelijken.

werking van laserdiode

de laserdiode werkt volgens het principe dat elk atoom in zijn opgewekte toestand fotonen kan uitzenden als elektronen met een hoger energieniveau van een externe energiebron worden voorzien.

er zijn in principe drie verschijnselen waarbij een atoom lichtenergie kan uitzenden en dat zijn absorptie, spontane emissie & gestimuleerde emissie.

absorptie

bij absorptie springen de elektronen bij lagere energieniveaus naar een hoger energieniveau, d.w.z. van valentieband tot geleidingsband wanneer de elektronen voorzien zijn van een externe energiebron. Nu zijn er gaten op een lager energieniveau, d.w.z. valentieband, en elektronen op een hoger energieniveau, d.w.z. geleidingsband.

spontane emissie

als de elektronen in een hoger energieniveau onstabiel zijn, zullen ze de neiging hebben om naar het lagere energieniveau te gaan om stabiliteit te bereiken. Maar als ze van een hoger energieniveau naar een lager energieniveau gaan, zullen ze zeker de energie vrijgeven die het energieverschil zal zijn tussen deze twee niveaus. De energie die vrijkomt zal in de vorm van licht zijn en dus zullen fotonen worden uitgezonden. Dit proces heet spontane emissie.

gestimuleerde emissie

bij gestimuleerde emissie raken de fotonen elektronen bij een hoger energieniveau en worden deze fotonen gevoed door een externe lichtenergie. Wanneer deze fotonen de elektronen raken, krijgen elektronen energie en ze recombineren met gaten en geven een extra foton vrij. Aldus, stimuleert één incident foton om een ander foton vrij te geven. Zo wordt dit proces gestimuleerde emissie genoemd.

inversie van de populatie

de dichtheid van elektronen bij energieniveaus is de populatie van elektronen en is meer in de valentieband of lagere energieband en minder in de geleidingsband of hogere energieband. Als de bevolking van elektronen toeneemt op een hoger energieniveau of de levensduur van hogere energietoestanden lang is dan zal de gestimuleerde emissie toenemen. Deze toename van de bevolking op een hoger energieniveau wordt aangeduid als bevolkingsinversie.

en dit is de vereiste toestand voor laserdiode. Meer de populatie inversie meer zullen de elektronen bij hogere en metastabiele toestand zijn en meer zal de gestimuleerde emissie zijn. De uitgestraalde fotonen bevinden zich in dezelfde fase als de invallende fotonen. Deze fotonen reizen als een enkele lichtbundel en produceren dus samenhang.

belangrijke categorieën laserdiode

er zijn twee belangrijke categorieën laserdiode, namelijk Injectielaserdiode & optisch gepompte halfgeleiderlaserdiode.

1. injectie laserdiode: De werking is vergelijkbaar met LED behalve dat LEDs worden gevormd door brede kanalen van halfgeleider terwijl laserdiodes worden gevormd uit smalle kanalen. We hebben dit al besproken in de constructie van laserdiode. Hierbij reist de lichtbundel in de golfgeleider en fungeert de diode zelf als een golfgeleider. De lichtstraal wordt versterkt door herhaalde gestimuleerde emissie.
2. optisch gepompte halfgeleiderlaser: bij optisch gepompte laser fungeert de injectielaserdiode als een externe pomp. Als basis dienen de halfgeleidermaterialen van de groep III & V. En de versterking wordt bereikt door gestimuleerde emissie.

het biedt verschillende voordelen, zoals het voorkomen van interferentie veroorzaakt door de elektrodestructuur. Bovendien biedt het ook een voordeel van golflengteselectie.

laserdiode l-I karakteristieken

de lichtenergie neemt toe met de toename van de laserstroom, maar is afhankelijk van de temperatuur. Uit de curve blijkt dat de lichtenergie toeneemt na een bepaalde drempellaserstroom. Deze drempelwaarde van de laserstroom neemt exponentieel toe met de temperatuur.

bij een hogere temperatuur neemt dus ook de drempelwaarde van de laserstroom tot welke lichtenergie wordt opgewekt, toe. Het is dus noodzakelijk om de laserdiode te bedienen tot de drempelwaarde van de laserstroom, omdat er boven deze waarde geen lichtenergie is. Om een betrouwbare werking te hebben, is het noodzakelijk om de drempelwaarde van de laserstroom te bepalen.

V-I karakteristieken van de laserdiode

de voorwaartse spanning van de laserdiode ligt in het algemeen rond de 1,5 V. Hoewel de voorwaartse spanning afhankelijk is van de bedrijfstemperatuur. De variantie van de stroom in de diode met de spanning kan worden begrepen met behulp van onderstaande diagram.

voordelen van laserdiode

1. apparaat voor laag stroomverbruik.
2. economisch omdat de fabricage – en exploitatiekosten laag zijn.
3. Het kan langdurig worden gebruikt.
4. draagbaar vanwege zijn kleine formaat en interne architectuur.
5. zeer betrouwbaar en zeer efficiënt.

nadelen van laserdiode

1. Deze zijn afhankelijk van de temperatuur en dus wordt de werking ervan beïnvloed door de verandering in de bedrijfstemperatuur.
2. Het is niet geschikt voor toepassingen met hoog vermogen.

toepassingen van laserdiode

1. Glasvezelcommunicatiesysteem.
2. barcodelezers.
3. laserprinten en-scannen.
4. afstandmeters.
5. op medisch gebied in chirurgische instrumenten.
6. in CD-spelers en DVD-recorder.

dit zijn enkele belangrijke toepassingen van de laserdiode. Onder al deze toepassingen is het meest cruciale gebied waarin laserdiode zijn toepassing vindt het optische vezelcommunicatiesysteem.