Qu'est-ce qu'un diode laser
Qu'est-ce qu'un diode laser?
Définition de la diode laser
Une diode laser est définie comme une diode qui peut générer de la lumière laser lorsqu'elle est alimentée électriquement par un courant. Elle se compose d'une jonction p-n avec une couche intrinsèque supplémentaire entre les deux, formant une structure p-i-n. La couche intrinsèque est la région active où la lumière est générée par la recombinaison des électrons et des trous.
Les régions p et n sont fortement dopées avec des impuretés pour créer des porteurs excédentaires, tandis que la couche intrinsèque est non dopée ou faiblement dopée pour permettre l'amplification optique. Les extrémités de la couche intrinsèque sont recouvertes de matériaux réfléchissants, l'une totalement réfléchissante et l'autre partiellement réfléchissante, pour former une cavité optique qui piège la lumière et renforce l'émission stimulée.
L'émission stimulée se produit lorsque un photon entrant provoque la chute d'un électron excité à un niveau d'énergie inférieur, émettant un autre photon identique au photon entrant en fréquence, phase, polarisation et direction. De cette manière, le nombre de photons dans la cavité augmente exponentiellement, créant un faisceau cohérent de lumière qui sort par l'extrémité partiellement réfléchissante.
La longueur d'onde de la lumière laser varie en fonction de l'écart de bande du matériau semi-conducteur et de la longueur de la cavité optique, permettant une émission sur tout le spectre électromagnétique, de l'infrarouge à l'ultraviolet.
Mécanisme de fonctionnement
Une diode laser fonctionne en appliquant une tension de polarisation directe à travers la jonction p-n, ce qui provoque le passage d'un courant à travers le dispositif. Le courant injecte des électrons de la région n et des trous de la région p dans la couche intrinsèque, où ils se recombinent et libèrent de l'énergie sous forme de photons.
Certains de ces photons sont émis spontanément dans des directions aléatoires, tandis que d'autres sont stimulés par des photons existants dans la cavité pour émettre en phase avec eux. Les photons stimulés rebondissent entre les extrémités réfléchissantes, provoquant plus d'émissions stimulées et créant une inversion de population, où il y a plus d'électrons excités que non excités.
Lorsque l'inversion de population atteint un seuil, une sortie laser en état stationnaire est obtenue, où le taux d'émission stimulée est égal au taux de perte de photons due à la transmission ou à l'absorption. La puissance de sortie de la diode laser dépend du courant d'entrée et de l'efficacité du dispositif.
La puissance de sortie dépend de la température du dispositif ; des températures plus élevées diminuent l'efficacité et augmentent le courant seuil, nécessitant des systèmes de refroidissement pour une performance optimale.
Types de diodes laser
Les diodes laser sont classées en différents types en fonction de leur structure, de leur mode de fonctionnement, de leur longueur d'onde, de leur puissance de sortie et de leur application. Certains des types courants sont :
Diodes laser à mode unique
Diodes laser à multi-modes
Diodes laser amplificateur de puissance oscillateur maître (MOPA)
Diodes laser à émission verticale de surface (VCSEL)
Diodes laser à rétroaction distribuée (DFB)
Lasers à diode à cavité externe (ECDL)
Applications des diodes laser
Stockage optique
Communication optique
Balayage optique
Sensibilité optique
Affichage optique
Chirurgie optique
Avantages des diodes laser
Taille compacte
Consommation d'énergie faible
Haute efficacité
Longue durée de vie
Polyvalence
Inconvénients des diodes laser
Sensibilité à la température
Rétroaction optique
Saut de mode
Coût
Résumé
Une diode laser est un dispositif semi-conducteur qui produit de la lumière cohérente par un processus d'émission stimulée. Elle est similaire à une diode électroluminescente (LED), mais elle a une structure plus complexe et un temps de réponse plus rapide.
Une diode laser se compose d'une jonction p-n avec une couche intrinsèque supplémentaire entre les deux, formant une structure p-i-n. La couche intrinsèque est la région active où la lumière est générée par la recombinaison des électrons et des trous.
Une diode laser fonctionne en appliquant une tension de polarisation directe à travers la jonction p-n, ce qui provoque le passage d'un courant à travers le dispositif. Le courant injecte des électrons de la région n et des trous de la région p dans la couche intrinsèque, où ils se recombinent et libèrent de l'énergie sous forme de photons.
Certains de ces photons sont émis spontanément dans des directions aléatoires, tandis que d'autres sont stimulés par des photons existants dans la cavité pour émettre en phase avec eux. Les photons stimulés rebondissent entre les extrémités réfléchissantes, provoquant plus d'émissions stimulées et créant une inversion de population, où il y a plus d'électrons excités que non excités.
Lorsque l'inversion de population atteint un seuil, une sortie laser en état stationnaire est obtenue, où le taux d'émission stimulée est égal au taux de perte de photons due à la transmission ou à l'absorption. La puissance de sortie de la diode laser dépend du courant d'entrée et de l'efficacité du dispositif.
La longueur d'onde de la lumière laser dépend de l'écart de bande du matériau semi-conducteur et de la longueur de la cavité optique. Les diodes laser peuvent produire de la lumière dans différentes régions du spectre électromagnétique, de l'infrarouge à l'ultraviolet.
Les diodes laser sont classées en différents types en fonction de leur structure, de leur mode de fonctionnement, de leur longueur d'onde, de leur puissance de sortie et de leur application. Certains des types courants sont les diodes laser à mode unique, les diodes laser à multi-modes, les diodes laser amplificateur de puissance oscillateur maître (MOPA), les diodes laser à émission verticale de surface (VCSEL), les diodes laser à rétroaction distribuée (DFB), les lasers à diode à cavité externe (ECDL), etc.
Les diodes laser ont une large gamme d'applications dans divers domaines en raison de leurs avantages tels que la taille compacte, la faible consommation d'énergie, l'efficacité élevée, la longue durée de vie et la polyvalence. Certaines de leurs applications sont le stockage optique, la communication optique, le balayage optique, la sensibilité optique, l'affichage optique et la chirurgie optique.
Malgré leurs avantages, les diodes laser présentent des inconvénients tels que la sensibilité à la température, la rétroaction optique, le saut de mode et les coûts élevés.
