Que é un diodo láser
Que é un diodo láser?
Definición de diodo láser
Un diodo láser está definido como un diodo que pode xerar luz láser cando se bombea eléctricamente con corrente. Consiste nunha xuncción p-n con unha capa intrínseca adicional no medio, formando unha estrutura p-i-n. A capa intrínseca é a rexión activa onde se xera a luz pola recombinación de electróns e buracos.
As rexións p e n están fortemente dopadas con impurezas para crear portadores en exceso, mentres que a capa intrínseca está non dopada ou ligeiramente dopada para permitir a amplificación óptica. Os extremos da capa intrínseca están recubertos con materiais reflectantes, un totalmente reflectante e outro parcialmente reflectante, para formar unha cavidade óptica que atrapa a luz e aumenta a emisión estimulada.
A emisión estimulada ocorre cando un fotón entrante causa que un electrón excitado caia a un nivel de enerxía inferior e emita outro fotón idéntico ao entrante en frecuencia, fase, polarización e dirección. Desta forma, o número de fotóns na cavidade aumenta exponencialmente, creando un feixe coherente de luz que sale polo extremo parcialmente reflectante.
O comprimento de onda da luz láser varía coa banda prohibida do material semiconductor e coa lonxitude da cavidade óptica, permitindo emissión a lo largo do espectro electromagnético, desde infrarroxo a ultravioleta.
Mecanismo de funcionamento
Un diodo láser funciona aplicando un voltaxe de polarización directa a través da xuncción p-n, que causa que a corrente flua a través do dispositivo. A corrente inxecciona electróns da rexión n e buracos da rexión p na capa intrínseca, onde se recombinan e liberan enerxía na forma de fotóns.
Algun dos fotóns son emitidos espontáneamente en direccións aleatorias, mentres que outros son estimulados por fotóns existentes na cavidade para emitir en fase con eles. Os fotóns estimulados rebotan de un extremo reflectante a outro, causando máis emisión estimulada e creando unha inversión de población, onde hai máis electróns excitados que non excitados.
Cando a inversión de población alcanza un nivel de umbral, lograse unha saída de láser en estado estable, onde a taxa de emisión estimulada iguala a taxa de perda de fotóns debido á transmisión ou absorción. O poder de saída do diodo láser depende da corrente de entrada e da eficiencia do dispositivo.
O poder de saída depende da temperatura do dispositivo; as temperaturas máis altas diminúen a eficiencia e aumentan a corrente de umbral, necesitándose sistemas de refrixeración para un rendemento óptimo.
Tipos de diodos láser
Os diodos láser clasifícanse en diferentes tipos baseándose na súa estrutura, modo de funcionamento, lonxitude de onda, potencia de saída e aplicación. Algun dos tipos comúns son:
Diodos láser de modo único
Diodos láser de múltiples modos
Diodos láser oscilador maestro amplificador de potencia (MOPA)
Diodos láser emisor de superficie de cavidade vertical (VCSEL)
Diodos láser de realimentación distribuída (DFB)
Laseres de diodo de cavidade externa (ECDLs)
Aplicacións de diodos láser
Almacenamento óptico
Comunicación óptica
Escaneo óptico
Sensores ópticos
Visualización óptica
Ciruxía óptica
Vantaxes de diodos láser
Tamaño compacto
Baixo consumo de enerxía
Alta eficiencia
Longa vida útil
Versatilidade
Desvantaxes de diodos láser
Sensibilidade á temperatura
Retroalimentación óptica
Salto de modo
Costo
Resumo
Un diodo láser é un dispositivo semiconductivo que produce luz coherente a través dun proceso de emisión estimulada. É similar a un diodo emisor de luz (LED), pero ten unha estrutura máis complexa e un tempo de resposta máis rápido.
Un diodo láser consiste nunha xuncción p-n con unha capa intrínseca adicional no medio, formando unha estrutura p-i-n. A capa intrínseca é a rexión activa onde se xera a luz pola recombinación de electróns e buracos.
Un diodo láser funciona aplicando un voltaxe de polarización directa a través da xuncción p-n, que causa que a corrente flua a través do dispositivo. A corrente inxecciona electróns da rexión n e buracos da rexión p na capa intrínseca, onde se recombinan e liberan enerxía na forma de fotóns.
Algun dos fotóns son emitidos espontáneamente en direccións aleatorias, mentres que outros son estimulados por fotóns existentes na cavidade para emitir en fase con eles. Os fotóns estimulados rebotan de un extremo reflectante a outro, causando máis emisión estimulada e creando unha inversión de población, onde hai máis electróns excitados que non excitados.
Cando a inversión de población alcanza un nivel de umbral, lograse unha saída de láser en estado estable, onde a taxa de emisión estimulada iguala a taxa de perda de fotóns debido á transmisión ou absorción. O poder de saída do diodo láser depende da corrente de entrada e da eficiencia do dispositivo.
O comprimento de onda da luz láser depende da banda prohibida do material semiconductor e da lonxitude da cavidade óptica. Os diodos láser poden producir luz en diferentes rexións do espectro electromagnético, desde infrarroxo a ultravioleta.
Os diodos láser clasifícanse en diferentes tipos baseándose na súa estrutura, modo de funcionamento, lonxitude de onda, potencia de saída e aplicación. Algun dos tipos comúns son diodos láser de modo único, diodos láser de múltiples modos, diodos láser oscilador maestro amplificador de potencia (MOPA), diodos láser emisor de superficie de cavidade vertical (VCSEL), diodos láser de realimentación distribuída (DFB), laseres de diodo de cavidade externa (ECDLs), etc.
Os diodos láser teñen un amplo rango de aplicacións en diversos campos debido ás súas vantaxes como tamaño compacto, baixo consumo de enerxía, alta eficiencia, longa vida útil e versatilidade. Algúns das súas aplicacións son almacenamento óptico, comunicación óptica, escaneo óptico, sensores ópticos, visualización óptica e ciruxía óptica.
A pesar das súas vantaxes, os diodos láser teñen desvantaxes como sensibilidade á temperatura, retroalimentación óptica, salto de modo e custos elevados.
