definicja: LASER jest akronimem wzmocnienia światła przez stymulowaną emisję promieniowania. Dioda laserowa emituje promieniowanie o pojedynczej długości fali lub czasami wąskim paśmie o ściśle rozmieszczonej długości fali.

emituje światło ze względu na stymulowaną emisję, w tym gdy padający Foton uderza w ATOM półprzewodnika, elektrony na wyższym poziomie energii rekombinują z niższym poziomem energii. Z tego powodu dwa fotony są emitowane jeden Foton incydentalny, a drugi jest emitowany w wyniku rekombinacji elektronów i dziury.

Diody LED również działają na tej samej zasadzie, ale główną różnicą jest architektura wewnętrzna. Dioda laserowa jest utworzona z wąskich kanałów i działa jako falowód dla światła. Ale Diody LED składają się z szerokich kanałów.

ze względu na swoją strukturę Dioda Laserowa emituje koherentne & światło monochromatyczne (jednokolorowe). Światło emitowane przez diodę laserową składa się z pojedynczej długości fali, podczas gdy diody LED emitują światło składające się z szerokiego pasma długości fal. W ten sposób światło emitowane przez diody LED jest niespójne.

Budowa Diody Laserowej

Dioda Laserowa składa się z dwóch warstw półprzewodników tj. typu P i typu N. Warstwy półprzewodników składają się z GaAs domieszkowanych materiałami takimi jak selen, aluminium lub krzem. Konstrukcja jest taka sama jak w przypadku diod LED, z wyjątkiem kanałów stosowanych w laserze są wąskie, aby wytworzyć pojedynczą wiązkę światła.

i jeszcze jedna różnica w diodzie laserowej polega na tym, że obecna jest również wewnętrzna warstwa GaAs (undoped). Warstwa ta nazywana jest warstwą aktywną. Warstwa czynna otoczona jest warstwami o niższym współczynniku załamania światła. Działa to jako reflektory optyczne.

warstwy te wraz z warstwą aktywną tworzą falowód, dzięki czemu światło może poruszać się tylko w jednej ścieżce w jednym i stałym kierunku. Wiązka światła jest wytwarzana w tej sekcji. Metalowe styki są przewidziane w celu ułatwienia biasingu.

praca Diody Laserowej

dioda laserowa działa na zasadzie, że każdy atom w stanie wzbudzonym może emitować fotony, jeśli elektrony na wyższym poziomie energii są zaopatrzone w Zewnętrzne źródło energii.

Zasadniczo istnieją trzy zjawiska, dzięki którym atom może emitować energię światła i które są absorpcją, emisją spontaniczną & stymulowaną emisją.

absorpcja

w absorpcji elektrony na niższych poziomach energii przeskakują na wyższy poziom energii, tj. od pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa, gdy elektrony są dostarczane z zewnętrznym źródłem energii. Teraz, istnieją dziury na niższym poziomie energii, czyli pasma walencyjnego i elektronów na wyższym poziomie energii, czyli pasma przewodnictwa.

emisja spontaniczna

teraz, jeśli elektrony na wyższym poziomie energetycznym są niestabilne, będą miały tendencję do przechodzenia na niższy poziom energetyczny w celu osiągnięcia stabilności. Ale jeśli przejdą z wyższego poziomu energii na niższy poziom energii, na pewno uwolnią energię, która będzie różnicą energetyczną między tymi dwoma poziomami. Uwolniona energia będzie miała postać światła i w ten sposób będą emitowane fotony. Proces ten nazywany jest emisją spontaniczną.

emisja stymulowana

w emisji stymulowanej fotony uderzają w elektrony na wyższym poziomie energetycznym, a te fotony są zasilane z zewnętrznego źródła energii świetlnej. Kiedy te fotony uderzają w elektrony, elektrony zyskują energię i rekombinują z dziurami i uwalniają dodatkowy Foton. Tak więc, jeden Foton incydentalny stymuluje inny Foton do uwolnienia. Tak więc proces ten nazywany jest emisją stymulowaną.

inwersja populacji

gęstość elektronów na poziomie energetycznym jest populacją elektronów i jest bardziej w paśmie walencyjnym lub niższym paśmie energetycznym i mniej w paśmie przewodnictwa lub wyższym poziomie energetycznym. Jeśli populacja elektronów wzrośnie na wyższym poziomie energetycznym lub żywotność wyższych stanów energetycznych jest długa, wówczas emisja stymulowana wzrośnie. Ten wzrost populacji na wyższym poziomie energetycznym jest określany jako inwersja populacji.

i jest to stan wymagany dla diody laserowej. Więcej inwersja populacji więcej będzie elektronów w stanie wyższym i meta stabilnym, a więcej będzie stymulowana emisja. Emitowane fotony są w tej samej fazie co fotony padające. Fotony te poruszają się jako pojedyncza wiązka światła i w ten sposób wytwarzają koherencję.

główne kategorie Diody Laserowej

istnieją dwie główne kategorie Diody Laserowej, tj.

1. Dioda laserowa wtryskowa: Działanie jest podobne do diod LED, z tym że diody LED są tworzone przez szerokie kanały półprzewodników, podczas gdy diody laserowe są tworzone z wąskich kanałów. Omówiliśmy to już przy budowie Diody Laserowej. W ten sposób wiązka światła porusza się w falowodzie, a sama dioda działa jak falowód. Wiązka światła jest wzmacniana przez powtarzaną stymulowaną emisję.
2. optycznie pompowany Laser Półprzewodnikowy: w optycznie pompowanym laserze dioda laserowa wtryskowa działa jak pompa zewnętrzna. III & V grupa materiałów półprzewodnikowych działa jako podstawa. A wzmocnienie uzyskuje się przez stymulowaną emisję.

oferuje kilka zalet, takich jak zapobieganie zakłóceniom spowodowanym przez strukturę elektrody. Poza tym zapewnia również zaletę wyboru długości fali.

charakterystyka Diody Laserowej L-I

energia światła wzrasta wraz ze wzrostem prądu lasera, ale zależy to od temperatury. Z krzywej wynika, że energia światła wzrasta po określonym progowym prądzie lasera. Ta wartość progowa prądu laserowego wzrasta wykładniczo wraz z temperaturą.

tak więc przy wyższej temperaturze wzrasta również wartość progowa prądu laserowego, do którego generowana jest energia świetlna. Dlatego konieczne jest działanie diody laserowej do wartości progowej prądu laserowego, ponieważ powyżej tej wartości nie ma energii świetlnej. Aby mieć niezawodne działanie, konieczne jest określenie wartości progowej prądu laserowego.

charakterystyka V-I diody laserowej

napięcie do przodu diody laserowej wynosi zwykle około 1,5 V. chociaż napięcie do przodu zależy od temperatury roboczej. Wariancję prądu w diodzie z napięciem można zrozumieć za pomocą poniższego diagramu.

zalety Diody Laserowej

1. urządzenie o niskim poborze mocy.
2. ekonomiczny, ponieważ jego koszt produkcji i eksploatacji jest niski.
3. może być obsługiwany przez długi czas.
4. przenośny ze względu na niewielkie rozmiary i wewnętrzną architekturę.
5. wysoce niezawodny i wysoce wydajny.

wady Diody Laserowej

1. są one zależne od temperatury, a zatem na ich działanie wpływa zmiana temperatury pracy.
2. Nie nadaje się do zastosowań o dużej mocy.

zastosowania Diody Laserowej

1. System komunikacji światłowodowej.
2. Czytniki kodów kreskowych.
3. Druk Laserowy i skanowanie laserowe.
4. Dalmierze.
5. w dziedzinie medycyny w instrumentach chirurgicznych.
6. w odtwarzaczach CD i nagrywarkach DVD.

to niektóre z istotnych zastosowań diody laserowej. Spośród wszystkich tych zastosowań najważniejszym obszarem, w którym dioda laserowa znajduje zastosowanie, jest system komunikacji światłowodowej.