Apa itu Laser Diode?

Apa itu Dioda Laser?

Definisi Dioda Laser

Dioda laser didefinisikan sebagai dioda yang dapat menghasilkan cahaya laser ketika dipompa secara elektrik dengan arus. Terdiri dari junction p-n dengan lapisan intrinsik tambahan di antaranya, membentuk struktur p-i-n. Lapisan intrinsik adalah wilayah aktif di mana cahaya dihasilkan oleh rekombinasi elektron dan lubang.

Wilayah tipe-p dan tipe-n diberi doping berat dengan impuritas untuk menciptakan pembawa berlebih, sementara lapisan intrinsik tidak didoping atau didoping ringan untuk memungkinkan amplifikasi optik. Ujung-ujung lapisan intrinsik dilapisi dengan bahan reflektif, satu sepenuhnya reflektif dan satu sebagian reflektif, untuk membentuk rongga optik yang menjebak cahaya dan meningkatkan emisi terstimulasi.

Emisi terstimulasi terjadi ketika foton masuk menyebabkan elektron yang terexcited turun ke tingkat energi yang lebih rendah dan mengeluarkan foton lain yang identik dengan foton masuk dalam frekuensi, fase, polarisasi, dan arah. Dengan cara ini, jumlah foton di rongga meningkat secara eksponensial, menciptakan sinar cahaya koheren yang keluar melalui ujung yang sebagian reflektif.

Panjang gelombang cahaya laser bervariasi dengan celah band bahan semikonduktor dan panjang rongga optik, memungkinkan emisi di seluruh spektrum elektromagnetik, dari inframerah hingga ultraviolet.

Mekanisme Operasional

Dioda laser bekerja dengan menerapkan tegangan bias maju di seberang junction p-n, yang menyebabkan arus mengalir melalui perangkat. Arus ini menyuntikkan elektron dari wilayah tipe-n dan lubang dari wilayah tipe-p ke dalam lapisan intrinsik, di mana mereka recombine dan melepaskan energi dalam bentuk foton.

Beberapa foton ini dipancarkan secara spontan dalam arah acak, sementara yang lain diprovokasi oleh foton yang ada di rongga untuk dipancarkan dalam fase dengan mereka. Foton yang terstimulasi memantul bolak-balik antara ujung-ujung reflektif, menyebabkan lebih banyak emisi terstimulasi dan menciptakan inversi populasi, di mana ada lebih banyak elektron yang terexcited daripada yang tidak terexcited.

Ketika inversi populasi mencapai tingkat ambang batas, output laser steady-state dicapai, di mana laju emisi terstimulasi sama dengan laju hilangnya foton karena transmisi atau absorpsi. Daya output dioda laser bergantung pada arus input dan efisiensi perangkat.

Daya output bergantung pada suhu perangkat; suhu yang lebih tinggi menurunkan efisiensi dan meningkatkan arus ambang batas, sehingga memerlukan sistem pendinginan untuk kinerja optimal.

Jenis-jenis Dioda Laser

Dioda laser diklasifikasikan menjadi jenis-jenis berbeda berdasarkan struktur, mode operasi, panjang gelombang, daya output, dan aplikasi. Beberapa jenis umum adalah:

• Dioda laser single-mode

• Dioda laser multi-mode

• Dioda laser master oscillator power amplifier (MOPA)

• Dioda laser vertical cavity surface emitting (VCSEL)

• Dioda laser distributed feedback (DFB)

• Dioda laser external cavity (ECDLs)

Aplikasi Dioda Laser

• Penyimpanan optik

• Komunikasi optik

• Pemindaian optik

• Sensing optik

• Tampilan optik

• Bedah optik

Keuntungan Dioda Laser

• Ukuran kompak

• Konsumsi daya rendah

• Efisiensi tinggi

• Umur panjang

• Versatilitas

Kerugian Dioda Laser

• Sensitivitas suhu

• Feedback optik

• Mode hopping

• Biaya

Ringkasan

Dioda laser adalah perangkat semikonduktor yang menghasilkan cahaya koheren melalui proses emisi terstimulasi. Mirip dengan dioda pencahaya (LED), tetapi memiliki struktur yang lebih kompleks dan waktu respons yang lebih cepat.

Dioda laser terdiri dari junction p-n dengan lapisan intrinsik tambahan di antaranya, membentuk struktur p-i-n. Lapisan intrinsik adalah wilayah aktif di mana cahaya dihasilkan oleh rekombinasi elektron dan lubang.

Dioda laser bekerja dengan menerapkan tegangan bias maju di seberang junction p-n, yang menyebabkan arus mengalir melalui perangkat. Arus ini menyuntikkan elektron dari wilayah tipe-n dan lubang dari wilayah tipe-p ke dalam lapisan intrinsik, di mana mereka recombine dan melepaskan energi dalam bentuk foton.

Beberapa foton ini dipancarkan secara spontan dalam arah acak, sementara yang lain diprovokasi oleh foton yang ada di rongga untuk dipancarkan dalam fase dengan mereka. Foton yang terstimulasi memantul bolak-balik antara ujung-ujung reflektif, menyebabkan lebih banyak emisi terstimulasi dan menciptakan inversi populasi, di mana ada lebih banyak elektron yang terexcited daripada yang tidak terexcited.

Ketika inversi populasi mencapai tingkat ambang batas, output laser steady-state dicapai, di mana laju emisi terstimulasi sama dengan laju hilangnya foton karena transmisi atau absorpsi. Daya output dioda laser bergantung pada arus input dan efisiensi perangkat.

Panjang gelombang cahaya laser tergantung pada celah band bahan semikonduktor dan panjang rongga optik. Dioda laser dapat menghasilkan cahaya di berbagai wilayah spektrum elektromagnetik, dari inframerah hingga ultraviolet.

Dioda laser diklasifikasikan menjadi jenis-jenis berbeda berdasarkan struktur, mode operasi, panjang gelombang, daya output, dan aplikasi. Beberapa jenis umum adalah dioda laser single-mode, dioda laser multi-mode, dioda laser master oscillator power amplifier (MOPA), dioda laser vertical cavity surface emitting (VCSEL), dioda laser distributed feedback (DFB), dioda laser external cavity (ECDLs), dll.

Dioda laser memiliki berbagai aplikasi di berbagai bidang karena keuntungan seperti ukuran kompak, konsumsi daya rendah, efisiensi tinggi, umur panjang, dan versatilitas. Beberapa aplikasinya termasuk penyimpanan optik, komunikasi optik, pemindaian optik, sensing optik, tampilan optik, dan bedah optik.

Meskipun memiliki manfaat, dioda laser juga memiliki kekurangan termasuk sensitivitas suhu, feedback optik, mode hopping, dan biaya tinggi.