Mis on lazerdiod?

Mis on laerdiode?

Laerdiode määratlus

Laerdiode on diod, mis toodab laerlõike, kui seda elektriliselt pannakse tööle. See koosneb p-n-kiirdest, milles on lisaks neutraalne kiht, moodustades p-i-n struktuuri. Neutraalne kiht on aktiivne ala, kus valgus genereeritakse elektronide ja auka ümberkombineerimise kaudu.

P-tüübi ja n-tüübi piirkonnad on tugevalt imputseeditud, et luua üleliigsete osakesid, samas kui neutraalne kiht on mitte-imputseeritud või vähe imputseeritud, et lubada optilist kasvatamist. Neutraalse kihi otsad on kaetud peegeldava materjaliga, üks täiesti peegeldav ja teine osaliselt peegeldav, et moodustada optiline kuup, mis hoiab lõiku ja suurendab stimuleeritud väljastamist.

Stimuleeritud väljastamine toimub, kui sisse tulev foton põhjustab hõljutud elektroni languse madalamale energia tasemele ja väljastab teise fotoni, mis on sissetuleva fotoniga sageduses, faasis, polariseerumises ja suunas identne. Nii suureneb kuubi sees fotonide arv eksponentsiaalselt, loodes koherentse valgusuju, mis väljub osaliselt peegeldava otsa kaudu.

Laerlõigu lainepikkus muutub vastavalt polüüüri materjali energiaserva ja optilise kuubi pikkusega, võimaldades väljastamist elektromagnetilise spektri erinevatel osadel, alates infrapunastest kuni ultravioletini.

Töötamismeetod

Laerdiode töötab, rakendades edaspoole viivat voltagi p-n-kiire peale, mis põhjustab voolu seadmes. Vool sisestab elektrone n-tüübi piirkonnast ja aukasid p-tüübi piirkonnast neutraalisse kihisse, kus nad ümberkombineeruvad ja vabastavad energia fotonide kujul.

Mõned need fotonid väljastatakse spontaanselt juhuslikult suundades, samas kui teised stimuleeritakse juba olemasolevate fotonide poolt, et väljastuda nende faasis. Stimuleeritud fotonid liikuvad edasi-tagasi peegeldavate otsade vahel, põhjustades rohkem stimuleeritud väljastamist ja loodes populatsioonipöördmine, kus on rohkem hõljutud elektrone kui mitt-hõljutud.

Kui populatsioonipöördmine jõuab künnise tasemeni, saavutatakse tasakaalustatud laerdiode väljund, kus stimuleeritud väljastamise temp on võrdne fotonide kadumiste tempoga transmissiooni või absorptsiooni tõttu. Laerdiode väljundvoim sõltub sisseviivast voolust ja seadme efektiivsusest.

Väljundvoim sõltub seadme temperatuurist; kõrgemad temperatuurid vähendavad efektiivsust ja tõstavad künnise voolu, nõudes jahutussüsteeme optimaalseks tööks.

Laerdiode tüübid

Laerdiodeid klassifitseeritakse erinevate tüüpideks nende struktuuri, töötamismoodi, lainepikkuse, väljundvoimu ja rakenduse järgi. Mõned levinud tüübid on:

• Ühelaine laerdiode

• Mitmelaine laerdiode

• Peamise ostsillaatori võimsuse tõhustaja (MOPA) laerdiode

• Vertikaalse kuubi pinnast välja saav laer (VCSEL) diode

• Jaotatud tagasisidega (DFB) laerdiode

• Väline kuup diodelaserid (ECDLs)

Laerdiode rakendused

• Optiline salvestus

• Optiline side

• Optiline skaneerimine

• Optiline anduritehnika

• Optiline näitmine

• Optiline kirurgia

Laerdiode eelised

• Kompaktne suurus

• Madal energiatarbimine

• Kõrge efektiivsus

• Pikk eluajad

• Mitmekesine kasutus

Laerdiode puudused

• Temperatuuritundlikkus

• Optiline tagasiside

• Režiimi hüppamine

• Hind

Kokkuvõte

Laerdiode on semivoogeseadme, mis toodab koherentset valgust stimuleeritud väljastamise kaudu. See on sarnane valgusdiodiga (LED), kuid tal on keerulisem struktuur ja kiirem reageering.

Laerdiode koosneb p-n-kiirdest, milles on lisaks neutraalne kiht, moodustades p-i-n struktuuri. Neutraalne kiht on aktiivne ala, kus valgus genereeritakse elektronide ja auka ümberkombineerimise kaudu.

Laerdiode töötab, rakendades edaspoole viivat voltagi p-n-kiire peale, mis põhjustab voolu seadmes. Vool sisestab elektrone n-tüübi piirkonnast ja aukasid p-tüübi piirkonnast neutraalisse kihisse, kus nad ümberkombineeruvad ja vabastavad energia fotonide kujul.

Mõned need fotonid väljastatakse spontaanselt juhuslikult suundades, samas kui teised stimuleeritakse juba olemasolevate fotonide poolt, et väljastuda nende faasis. Stimuleeritud fotonid liikuvad edasi-tagasi peegeldavate otsade vahel, põhjustades rohkem stimuleeritud väljastamist ja loodes populatsioonipöördmine, kus on rohkem hõljutud elektrone kui mitt-hõljutud.

Kui populatsioonipöördmine jõuab künnise tasemeni, saavutatakse tasakaalustatud laerdiode väljund, kus stimuleeritud väljastamise temp on võrdne fotonide kadumiste tempoga transmissiooni või absorptsiooni tõttu. Laerdiode väljundvoim sõltub sisseviivast voolust ja seadme efektiivsusest.

Laerlõigu lainepikkus sõltub polüüüri materjali energiaserva ja optilise kuubi pikkusest. Laerdiodeid saab kasutada erinevates elektromagnetilise spektri osades, alates infrapunastest kuni ultravioletini.

Laerdiodeid klassifitseeritakse erinevate tüüpideks nende struktuuri, töötamismoodi, lainepikkuse, väljundvoimu ja rakenduse järgi. Mõned levinud tüübid on ühelaine laerdiode, mitmelaine laerdiode, peamise ostsillaatori võimsuse tõhustaja (MOPA) laerdiode, vertikaalse kuubi pinnast välja saav laer (VCSEL) diode, jaotatud tagasisidega (DFB) laerdiode, väline kuup diodelaserid (ECDLs) jne.

Laerdiodeid kasutatakse laialdaselt erinevates valdkondades nende eeliste tõttu, nagu kompaktne suurus, madal energiatarbimine, kõrge efektiivsus, pikk eluajad ja mitmekesisus. Mõned nende rakendused on optiline salvestus, optiline side, optiline skaneerimine, optiline anduritehnika, optiline näitmine ja optiline kirurgia.

Hoolimata nende eelistest, on laerdiodeil ka puudusi, sealhulgas temperatuuritundlikkus, optiline tagasiside, režiimi hüppamine ja kõrge hind.