Wat is 'n Laser Diode?
Wat is 'n Laser Diode?
Laser Diode Definisie
'n Laser diode word gedefinieer as 'n diode wat laserlig kan genereer wanneer dit elektries met stroom gevoed word. Dit bestaan uit 'n p-n oorgang met 'n addisionele inheemse laag daartussen, wat 'n p-i-n struktuur vorm. Die inheemse laag is die aktiewe gebied waar lig deur die hergroepering van elektrone en holes gegenereer word.
Die p-tipe en n-tipe gebiede word swaar met onreine belading om oormaat draers te skep, terwyl die inheemse laag ongebelaaide of lig belaai is om optiese versterking toe te staan. Die einde van die inheemse laag word met reflektiewe materiale bedek, een volledig reflektief en een gedeeltelik reflektief, om 'n optiese kamer te vorm wat die lig vasvang en die gestimuleerde emissie verhoog.
Gestimuleerde emissie vind plaas wanneer 'n komende foton 'n opgewonde elektron laat val na 'n laer energienivo en 'n ander foton emit wat identies is aan die komende een in frekwensie, fase, polarisasie en rigting. Op hierdie manier neem die aantal fotone in die kamer eksponensieel toe, wat 'n koherente straal van lig skep wat deur die gedeeltelik reflektiewe einde uitgaan.
Die golflengte van laserlig varieer met die bandgat van die halfgeleidermateriaal en die lengte van die optiese kamer, wat emissie oor die elektromagnetiese spektrum moontlik maak, van infrarood tot ultraviolette.
Operasionele Mekanisme
'n Laser diode werk deur 'n voorwaartse spanningsverskil oor die p-n oorgang te pas, wat veroorsaak dat stroom deur die toestel vloei. Die stroom injecteer elektrone van die n-tipe gebied en holes van die p-tipe gebied in die inheemse laag, waar hulle hergroepeer en energie in die vorm van fotone vrygee.
Sommige van hierdie fotone word spontaan in ewekansige rigtings emit, terwyl ander deur bestaande fotone in die kamer gestimuleer word om in fase met hulle te emit. Die gestimuleerde fotone kaats heen en weer tussen die reflektiewe einde, wat meer gestimuleerde emissie veroorsaak en 'n populasiestoornis skep, waar daar meer opgewonde elektrone as nie-opgewonde een is.
Wanneer die populasiestoornis 'n drempelvlak bereik, word 'n stabiliseerde laseruitset bereik, waar die tempo van gestimuleerde emissie gelyk is aan die tempo van fotonverlies as gevolg van transmissie of absorpsie. Die uitsetvermoë van die laser diode hang af van die insetstroom en die doeltreffendheid van die toestel.
Uitsetvermoë hang van toesteltemperatuur af; hoër temperatuur verlaag doeltreffendheid en verhoog die drempelstroom, wat koelsisteme vir optimale prestasie noodsaaklik maak.
Tipes Laser Diodes
Laser diodes word ingedeel in verskillende tipes op grond van hul struktuur, bedryfsmodus, golflengte, uitsetvermoë en toepassing. Sommige van die algemene tipes is:
Enkelmodus laser diodes
Meermodus laser diodes
Hoofoszillator-kragversterker (MOPA) laser diodes
Vertikale kamer oppervlak emittende laser (VCSEL) diodes
Verspreide terugvoer (DFB) laser diodes
Eksterne kamer diodelasers (ECDLs)
Toepassings van Laser Diodes
Optiese berging
Optiese kommunikasie
Optiese skanning
Optiese sensering
Optiese vertoning
Optiese chirurgie
Voordelige van Laser Diodes
Kompakte grootte
Laag stroomverbruik
Hoë doeltreffendheid
Lang leeftyd
Vernuftpasbaarheid
Nadele van Laser Diodes
Temperatuurgevoeligheid
Optiese terugvoer
Modus spring
Koste
Opsomming
'n Laser diode is 'n halfgeleidertoeestel wat koherente lig produseer deur 'n proses van gestimuleerde emissie. Dit is soortgelyk aan 'n lig-emitterende diode (LED), maar het 'n meer komplekse struktuur en 'n snellere reaksietyd.
'n Laser diode bestaan uit 'n p-n oorgang met 'n addisionele inheemse laag daartussen, wat 'n p-i-n struktuur vorm. Die inheemse laag is die aktiewe gebied waar lig deur die hergroepering van elektrone en holes gegenereer word.
'n Laser diode werk deur 'n voorwaartse spanningsverskil oor die p-n oorgang te pas, wat veroorsaak dat stroom deur die toestel vloei. Die stroom injecteer elektrone van die n-tipe gebied en holes van die p-tipe gebied in die inheemse laag, waar hulle hergroepeer en energie in die vorm van fotone vrygee.
Sommige van hierdie fotone word spontaan in ewekansige rigtings emit, terwyl ander deur bestaande fotone in die kamer gestimuleer word om in fase met hulle te emit. Die gestimuleerde fotone kaats heen en weer tussen die reflektiewe einde, wat meer gestimuleerde emissie veroorsaak en 'n populasiestoornis skep, waar daar meer opgewonde elektrone as nie-opgewonde een is.
Wanneer die populasiestoornis 'n drempelvlak bereik, word 'n stabiliseerde laseruitset bereik, waar die tempo van gestimuleerde emissie gelyk is aan die tempo van fotonverlies as gevolg van transmissie of absorpsie. Die uitsetvermoë van die laser diode hang af van die insetstroom en die doeltreffendheid van die toestel.
Die golflengte van die laserlig hang af van die bandgat van die halfgeleidermateriaal en die lengte van die optiese kamer. Laser diodes kan lig produseer in verskillende gebiede van die elektromagnetiese spektrum, van infrarood tot ultraviolette.
Laser diodes word ingedeel in verskillende tipes op grond van hul struktuur, bedryfsmodus, golflengte, uitsetvermoë en toepassing. Sommige van die algemene tipes sluit enkelmodus laser diodes, meermodus laser diodes, hoofoszillator-kragversterker (MOPA) laser diodes, vertikale kamer oppervlak emittende laser (VCSEL) diodes, verspreide terugvoer (DFB) laser diodes, eksterne kamer diodelasers (ECDLs), ens., in.
Laser diodes het 'n wyd verspreide toepassings in verskeie velde weens hul voordelige soos kompakte grootte, laag stroomverbruik, hoë doeltreffendheid, lang leeftyd, en vernuftpasbaarheid. Sommige van hul toepassings sluit optiese berging, optiese kommunikasie, optiese skanning, optiese sensering, optiese vertoning, en optiese chirurgie, in.
Ten spyte van hul voordele het laser diodes nadele insluitend temperatuurgevoeligheid, optiese terugvoer, modus spring, en hoë koste.
