Ano ang Laser Diode?

Ano ang Laser Diode?

Pangangailangan ng Laser Diode

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

Ang mga p-type at n-type na rehiyon ay sobrang dinede sa impurities upang lumikha ng excess carriers, habang ang intrinsic layer ay hindi o kaunti lamang dinede upang payagan ang optical amplification. Ang mga dulo ng intrinsic layer ay napapalit ng materyales na reflective, isa na buong reflective at isa na bahagyang reflective, upang bumuo ng isang optical cavity na nakakapigil ng liwanag at sumusunod sa stimulated emission.

Ang stimulated emission ay nangyayari kapag ang isang papasok na photon ay nagpapadala ng isang excited electron na bumaba sa mas mababang antas ng enerhiya at lumilikha ng isa pang photon na identiko sa frequency, phase, polarization, at direksyon ng papasok na photon. Sa paraang ito, ang bilang ng mga photon sa cavity ay lumalaki nang exponential, na lumilikha ng coherent beam ng liwanag na lumalabas sa bahagyang reflective end.

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

Mechanism ng Pag-operate

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 mga elektron mula sa n-type region at holes mula sa p-type region sa intrinsic layer, kung saan sila ay nagsasama at inilalabas ang enerhiya sa anyo ng photons.

Ang ilang mga photon ay spontaneous emitted sa random directions, habang ang iba ay sinisimulate ng umiiral na mga photon sa cavity upang ilabas ang phase na pareho sa kanila. Ang mga stimulated photon ay tumatakbong palihog-paliwa sa mga reflective ends, na nagdudulot ng mas maraming stimulated emission at lumilikha ng population inversion, kung saan mas maraming excited electrons kaysa sa hindi excited ones.

Kapag ang population inversion ay umabot sa threshold level, natatamo ang steady-state laser output, kung saan ang rate ng stimulated emission ay pantay sa 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; 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 mga laser diode ay naklase 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 isang light-emitting diode (LED), ngunit ito ay may mas komplikadong structure at mas mabilis na response time.

Ang laser diode ay binubuo ng isang p-n junction na may karagdagang intrinsic layer sa gitna, na nagpapabuo ng isang p-i-n structure. Ang intrinsic layer ay ang aktibong rehiyon kung saan lumilikha ang liwanag sa pamamagitan ng recombination ng mga elektron 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 mga elektron mula sa n-type region at holes mula sa p-type region sa intrinsic layer, kung saan sila ay nagsasama at inilalabas ang enerhiya sa anyo ng photons.

Ang ilang mga photon ay spontaneous emitted sa random directions, habang ang iba ay sinisimulate ng umiiral na mga photon sa cavity upang ilabas ang phase na pareho sa kanila. Ang mga stimulated photon ay tumatakbong palihog-paliwa sa mga reflective ends, na nagdudulot ng mas maraming stimulated emission at lumilikha ng population inversion, kung saan mas maraming excited electrons kaysa sa hindi excited ones.

Kapag ang population inversion ay umabot sa threshold level, natatamo ang steady-state laser output, kung saan ang rate ng stimulated emission ay pantay sa 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 sa haba ng optical cavity. Ang mga laser diode ay maaaring lumikha ng liwanag sa iba't ibang bahagi ng electromagnetic spectrum, mula infrared hanggang ultraviolet.

Ang mga laser diode ay naklase 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), atbp.

Ang mga laser diode ay may malawak na range ng application 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.

Bagaman may mga benepisyo, ang mga laser diode ay may mga drawback tulad ng temperature sensitivity, optical feedback, mode hopping, at mataas na cost.