Unsa ang Laser Diode?

Ano ang Laser Diode?

Pahayag ng Laser Diode

Ang laser diode ay isang diode na maaaring lumikha ng laser light kapag inilapat nito ang kuryente. Ito ay binubuo ng p-n junction na may dagdag na intrinsic layer sa gitna, na nagpapabuo ng p-i-n structure. Ang intrinsic layer ang aktibong rehiyon kung saan nalilikha ang liwanag sa pamamagitan ng recombination ng mga electron at holes.

Ang mga rehiyong p-type at n-type ay malubhang doped ng mga impurity upang lumikha ng excess carriers, habang ang intrinsic layer ay hindi doped o kaunti lamang doped upang payagan ang optical amplification. Ang mga dulo ng intrinsic layer ay nakalagyan ng reflective materials, isa na fully reflective at isa naman na partially reflective, upang bumuo ng optical cavity na sumasalak ng liwanag at nagpapataas ng stimulated emission.

Ang stimulated emission ay nangyayari kapag ang isang papasok na photon ay nagpapadala ng excited electron na bumaba sa mas mababang energy level at lumilikha ng isa pang photon na magkapareho sa frequency, phase, polarization, at direksyon sa papasok na photon. Sa paraang ito, ang bilang ng mga photon sa cavity ay lumalaki eksponensyal, na nagpapabuo ng coherent beam of light na lumalabas sa pamamagitan ng partially reflective end.

Ang wavelength ng laser light ay nag-iiba-iba depende sa band gap ng semiconductor material at ang haba ng optical cavity, na nagbibigay ng paglalabas sa iba't ibang bahagi ng electromagnetic spectrum, mula infrared hanggang ultraviolet.

Mechanism ng Paggamit

Ang laser diode ay gumagana sa pamamagitan ng pag-apply ng forward bias voltage sa p-n junction, na nagdudulot ng pag-flow ng kuryente sa device. Ang kuryente ay nag-inject ng electrons mula sa n-type region at holes mula sa p-type region sa intrinsic layer, kung saan sila ay recombine at ililibing ang enerhiya sa anyo ng photons.

Ang ilang mga photon ay spontaneously emitted sa random directions, habang ang iba ay stimulated ng existing photons sa cavity upang ilabas sa phase nila. Ang mga stimulated photons ay tumataya pabalik-balik sa pagitan ng reflective ends, na nagdudulot ng mas maraming stimulated emission at nagpapabuo ng population inversion, kung saan mas maraming excited electrons kaysa sa non-excited ones.

Kapag ang population inversion ay umabot sa threshold level, natutukoy ang steady-state laser output, kung saan ang rate ng stimulated emission ay katumbas ng rate ng photon loss dahil sa transmission o absorption. Ang output power ng laser diode ay depende sa input current at efficiency ng device.

Ang output power ay depende sa temperatura ng device; ang mas mataas na temperatura ay nagbabawas ng efficiency at nagpapataas ng threshold current, kaya kinakailangan ng cooling systems para sa optimal performance.

Mga Uri ng Laser Diodes

Ang laser diodes ay nakaklasipiko sa iba't ibang uri batay sa kanilang structure, mode of operation, wavelength, output power, at application. Ang ilan sa mga karaniwang uri ay:

• Single-mode laser diodes

• Multi-mode laser diodes

• Master oscillator power amplifier (MOPA) laser diodes

• Vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) diodes

• Distributed feedback (DFB) laser diodes

• External cavity diode lasers (ECDLs)

Mga Application ng Laser Diodes

• Optical storage

• Optical communication

• Optical scanning

• Optical sensing

• Optical display

• Optical surgery

Mga Advantages ng Laser Diodes

• Compact size

• Low power consumption

• High efficiency

• Long lifetime

• Versatility

Mga Disadvantages ng Laser Diodes

• Temperature sensitivity

• Optical Feedback

• Mode hopping

• Cost

Buod

Ang laser diode ay isang semiconductor device na lumilikha ng coherent light sa pamamagitan ng proseso ng stimulated emission. Ito ay katulad ng light-emitting diode (LED), ngunit ito ay may mas komplikadong structure at mas mabilis na response time.

Ang laser diode ay binubuo ng p-n junction na may dagdag na intrinsic layer sa gitna, na nagpapabuo ng p-i-n structure. Ang intrinsic layer ang aktibong rehiyon kung saan nalilikha ang liwanag sa pamamagitan ng recombination ng mga electron at holes.

Ang laser diode ay gumagana sa pamamagitan ng pag-apply ng forward bias voltage sa p-n junction, na nagdudulot ng pag-flow ng kuryente sa device. Ang kuryente ay nag-inject ng electrons mula sa n-type region at holes mula sa p-type region sa intrinsic layer, kung saan sila ay recombine at ililibing ang enerhiya sa anyo ng photons.

Ang ilang mga photon ay spontaneously emitted sa random directions, habang ang iba ay stimulated ng existing photons sa cavity upang ilabas sa phase nila. Ang mga stimulated photons ay tumataya pabalik-balik sa pagitan ng reflective ends, na nagdudulot ng mas maraming stimulated emission at nagpapabuo ng population inversion, kung saan mas maraming excited electrons kaysa sa non-excited ones.

Kapag ang population inversion ay umabot sa threshold level, natutukoy ang steady-state laser output, kung saan ang rate ng stimulated emission ay katumbas ng rate ng photon loss dahil sa transmission o absorption. Ang output power ng laser diode ay depende sa input current at efficiency ng device.

Ang wavelength ng laser light ay depende sa band gap ng semiconductor material at ang haba ng optical cavity. Ang laser diodes ay maaaring lumikha ng liwanag sa iba't ibang bahagi ng electromagnetic spectrum, mula infrared hanggang ultraviolet.

Ang laser diodes ay nakaklasipiko sa iba't ibang uri batay sa kanilang structure, mode of operation, wavelength, output power, at application. Ang ilan sa mga karaniwang uri ay single-mode laser diodes, multi-mode laser diodes, master oscillator power amplifier (MOPA) laser diodes, vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) diodes, distributed feedback (DFB) laser diodes, external cavity diode lasers (ECDLs), etc.

Ang laser diodes ay may malawak na range ng applications sa iba't ibang larangan dahil sa kanilang mga advantages tulad ng compact size, low power consumption, high efficiency, long lifetime, at versatility. Ang ilan sa kanilang mga application ay optical storage, optical communication, optical scanning, optical sensing, optical display, at optical surgery.

Bagama't mayroon silang mga benefits, ang laser diodes ay may mga drawbacks tulad ng temperature sensitivity, optical feedback, mode hopping, at mataas na cost.