מהו דיודה לייזר?

מהו דיודה לייזר?

הגדרת דיודה לייזר

דיודה לייזר מוגדרת כדיודה שיכולה לייצר אור לייזר כאשר היא מופעלת חשמלית עם זרם. היא מורכבת מהתפצלות p-n עם שכבה אינטראקטיבית נוספת באמצע, המהווה מבנה p-i-n. השכבה האינטראקטיבית היא האזור פעיל שבו נוצר האור על ידי הרכבת אלקטרונים ונקבים.

האזורים מסוג p ו-n הם בעלי ריכוז גבוה של פסולות כדי ליצור נושאים עודפים, בעוד שהשכבה האינטראקטיבית היא לא מרוכזת או מרוכזת קלות כדי לאפשר תוספת אופטית. הקצוות של השכבה האינטראקטיבית מכוסים בחומרים משקפים, אחד מלא משקף ואחד חלקית משקף, כדי ליצור חלל אופטי שמסיר את האור ומגביר את ההשתחררות המושרת.

השתחררות מושרת מתרחשת כאשר פוטון נכנס גורם לאלקטרון מופעל לרדת לרמת אנרגיה נמוכה יותר ולהפיק פוטון נוסף זהה לפוטון הנכנס בתדירות, פאזה, קיטוב והכוונה. כך מספר הפוטונים בחלל גדל באופן מעריכי, יוצר קרן מאוחדת של אור שיצאה דרך הקצה המשקף חלקית.

אורכי הגל של אור לייזר משתנים בהתאם לרווח פס של חומר מוליך למחצה ואורך החלל האופטי, מה שמאפשר פליטה לאורך כל הספקטרום האלקטרומגנטי, מה kızılötesi ועד למולקולרי.

מנגנון פעולה

דיודה לייזר פועלת על ידי החלפתря напряжение в прямом направлении через p-n переход, что вызывает протекание тока через устройство. Ток инжектирует электроны из n-области и дырки из p-области в внутренний слой, где они рекомбинируют и выделяют энергию в виде фотонов.

חלק מהפוטונים מתפזרים באופן ספונטני בכיוונים רנדומליים, בעוד אחרים מושרת על ידי פוטונים קיימים בחלל להפיק בפאזה עם אותם פוטונים. הפוטונים המושרת מתנגשים בין הקצוות המשקפים, גורמים להשתחררות מושרת נוספת ויוצרים הפיכה באוכלוסייה, שבה יש יותר אלקטרונים מופעלים מאשר לא מופעלים.

כאשר הפיכה באוכלוסייה מגיעה לרמת סף, מתקבל פלט לייזר יציב, שבו קצב ההשתחררות המושרת שווה לקצב אובדן הפוטונים עקב העברת או ספיגה. עוצמת הפלט של דיודה לייזר תלויה בזרםدخول והיעילות של המכשיר.

עוצמת הפלט תלויה בטמפרטורת המכשיר; טמפרטורות גבוהות מפחיתות את ההיעילות ומגדילות את הזרם הסף, ולכן נדרשות מערכות קירור לשיפור הביצועים.

etypes of laser diodes

Laser diodes are classified into different types based on their structure, mode of operation, wavelength, output power, and application. Some of the common types are:

• 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)

יישומים של דיודות לייזר

• אחסון אופטי

• תקשורת אופטית

• סריקה אופטית

• חוש אופטי

• תצוגה אופטית

• ניתוח אופטי

יתרונות דיודות לייזר

• גודל קטן

• צריכת חשמל נמוכה

• יעילות גבוהה

• חיי שימוש ארוכים

• מגוון רחב של יישומים

חסרונות דיודות לייזר

• רגישות לטמפרטורה

• החזר אופטי

• קפיצה בין מצבים

• עלות

סיכום

דיודה לייזר היא מכשיר מוליך למחצה שמייצר אור קוהרנטי באמצעות תהליך השתחררות מושרת. היא דומה לדioda emitere lumină (LED), dar are o structură mai complexă și un timp de răspuns mai rapid.

דיודה לייזר מורכבת מתפצלת p-n עם שכבה אינטראקטיבית נוספת באמצע, המהווה מבנה p-i-n. השכבה האינטראקטיבית היא האזור פעיל שבו נוצר האור על ידי הרכבת אלקטרונים ונקבים.

דיודה לייזר פועלת על ידי החלפתря напряжение в прямом направлении через p-n переход, что вызывает протекание тока через устройство. Ток инжектирует электроны из n-области и дырки из p-области в внутренний слой, где они рекомбинируют и выделяют энергию в виде фотонов.

חלק מהפוטונים מתפזרים באופן ספונטני בכיוונים רנדומליים, בעוד אחרים מושרת על ידי פוטונים קיימים בחלל להפיק בפאזה עם אותם פוטונים. הפוטונים המושרת מתנגשים בין הקצוות המשקפים, גורמים להשתחררות מושרת נוספת ויוצרים הפיכה באוכלוסייה, שבה יש יותר אלקטרונים מופעלים מאשר לא מופעלים.

כאשר הפיכה באוכלוסייה מגיעה לרמת סף, מתקבל פלט לייזר יציב, שבו קצב ההשתחררות המושרת שווה לקצב אובדן הפוטונים עקב העברת או ספיגה. עוצמת הפלט של דיודה לייזר תלויה בזרםدخול והיעילות של המכשיר.

אורכי הגל של אור לייזר תלויים ברחבת פס של חומר מוליך למחצה ואורך החלל האופטי. דיודות לייזר יכולות לייצר אור באזורים שונים של הספקטרום האלקטרומגנטי, מהинфרא אדום ועד לאולטרה סגול.

דיודות לייזר מסווגות לסוגים שונים בהתאם למבנה, אופן ההפעלה, אורך גל, עוצמת פלט ויישום. חלק מהסוגים הנפוצים הם דיודות לייזר חד-מצב, דיודות לייזר רב-מצב, דיודות לייזר מוגברת על ידי מחזור מאסטר, דיודות לייזר פליטה מאונכת, דיודות לייזר משוב מבוזר, לייזרים דיודה חלל חיצוני ועוד.

דיודות לייזר יש להן טווח רחב של יישומים במגוון תחומים בזכות יתרונותיהן כגון גודל קטן, צריכת חשמל נמוכה, יעילות גבוהה, חיי שימוש ארוכים ורב-משימיות. חלק מהיישומים שלהם הם אחסון אופטי, תקשורת אופטית, סריקה אופטית, חיישן אופטי, תצוגה אופטית וניתוח אופטי.

למרות היתרונות, דיודות לייזר יש להן חסרונות כולל רגישות לטמפרטורה, החזר אופטי, קפיצת מצבים ומחיר גבוה.