레이저 다이오드란 무엇인가요?

레이저 다이오드란?

레이저 다이오드 정의

레이저 다이오드는 전류를 통해 전기적으로 펌핑될 때 레이저 빛을 생성할 수 있는 다이오드입니다. 이는 p-n 접합부와 그 사이에 추가된 본질적인 층으로 구성되어 p-i-n 구조를 형성합니다. 본질적인 층은 전자와 홀이 재결합하여 빛이 발생하는 활성 영역입니다.

p형과 n형 영역은 잉여キャリアを生成するための杂质，而本征层则未掺杂或轻掺杂，以允许光放大。本征层的两端涂有反射材料，一端完全反射，另一端部分反射，形成一个光学腔，将光线捕获并增强受激发射。 由于硬性规则要求，我将继续翻译，但请注意，原文中的某些术语和句子结构可能需要调整以符合韩语的语言习惯。以下是继续翻译的内容：

p형 및 n형 영역은 잉여 캐리어를 생성하기 위해 불순물로 고농도로 도핑되며, 본질적인 층은 광학적 증폭을 허용하기 위해 비도핑 또는 저농도 도핑됩니다. 본질적인 층의 양끝은 반사재료로 코팅되어 하나는 완전히 반사되고 다른 하나는 부분적으로 반사되어 빛을 포착하고 자극된 방출을 강화하는 광학적 공진기를 형성합니다.

자극된 방출은 들어오는 광자가 흥분된 전자를 낮은 에너지 상태로 떨어뜨리고 같은 주파수, 위상, 편광 및 방향을 가진 또 다른 광자를 방출할 때 발생합니다. 이렇게 하면 공진기 내의 광자의 수가 기하급수적으로 증가하여 부분적으로 반사되는 끝을 통해 일관된 빛의 빔이 생성됩니다.

레이저 빛의 파장은 반도체 소재의 밴드 갭과 광학적 공진기의 길이에 따라 달라져 적외선에서 자외선까지의 전자기 스펙트럼 전체에서 방출이 가능합니다.

작동 메커니즘

레이저 다이오드는 p-n 접합부에 전방 바이어스 전압을 가하여 작동합니다. 이를 통해 전류가 장치를 통과하게 됩니다. 전류는 n형 영역에서 전자와 p형 영역에서 홀을 본질적인 층으로 주입하며, 여기서 전자와 홀이 재결합하여 광자의 형태로 에너지를 방출합니다.

이 중 일부 광자는 무작위 방향으로 자발적으로 방출되며, 다른 일부는 이미 존재하는 공진기 내의 광자에 의해 동위상으로 방출됩니다. 자극된 광자는 반사되는 끝 사이에서 앞뒤로 튀어다니며 더 많은 자극 방출을 일으키고, 흥분된 전자가 흥분되지 않은 전자보다 더 많은 상태인 인구 역전을 생성합니다.

인구 역전이 임계 수준에 도달하면, 자극 방출률이 광자 손실률(전송 또는 흡수로 인한)과 같아지는 안정 상태의 레이저 출력이 이루어집니다. 레이저 다이오드의 출력 전력은 입력 전류와 장치의 효율성에 따라 달라집니다.

출력 전력은 장치의 온도에 따라 달라지며, 높은 온도는 효율성을 감소시키고 임계 전류를 높이므로 최적의 성능을 위해서는 냉각 시스템이 필요합니다.

레이저 다이오드 유형

레이저 다이오드는 구조, 작동 모드, 파장, 출력 전력 및 응용 분야에 따라 다양한 유형으로 분류됩니다. 일반적인 유형에는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 단일 모드 레이저 다이오드

• 다중 모드 레이저 다이오드

• 마스터 오실레이터 파워 앰플리파이어 (MOPA) 레이저 다이오드

• 수직 공진기 표면 발광 레이저 (VCSEL) 다이오드

• 분산 피드백 (DFB) 레이저 다이오드

• 외부 공진기 다이오드 레이저 (ECDLs)

레이저 다이오드 응용 분야

• 광학 저장

• 광통신

• 광학 스캐닝

• 광학 센싱

• 광학 디스플레이

• 광학 수술

레이저 다이오드의 장점

• 콤팩트한 크기

• 낮은 전력 소비

• 높은 효율성

• 긴 수명

• 다양성

레이저 다이오드의 단점

• 온도 민감성

• 광학적 피드백

• 모드 점프

• 비용

요약

레이저 다이오드는 자극 방출 과정을 통해 일관된 빛을 생성하는 반도체 장치입니다. 이는 LED와 유사하지만 더 복잡한 구조와 더 빠른 응답 시간을 가지고 있습니다.

레이저 다이오드는 p-n 접합부와 그 사이에 추가된 본질적인 층으로 구성되어 p-i-n 구조를 형성합니다. 본질적인 층은 전자와 홀이 재결합하여 빛이 발생하는 활성 영역입니다.

레이저 다이오드는 p-n 접합부에 전방 바이어스 전압을 가하여 작동합니다. 이를 통해 전류가 장치를 통과하게 됩니다. 전류는 n형 영역에서 전자와 p형 영역에서 홀을 본질적인 층으로 주입하며, 여기서 전자와 홀이 재결합하여 광자의 형태로 에너지를 방출합니다.

이 중 일부 광자는 무작위 방향으로 자발적으로 방출되며, 다른 일부는 이미 존재하는 공진기 내의 광자에 의해 동위상으로 방출됩니다. 자극된 광자는 반사되는 끝 사이에서 앞뒤로 튀어다니며 더 많은 자극 방출을 일으키고, 흥분된 전자가 흥분되지 않은 전자보다 더 많은 상태인 인구 역전을 생성합니다.

인구 역전이 임계 수준에 도달하면, 자극 방출률이 광자 손실률(전송 또는 흡수로 인한)과 같아지는 안정 상태의 레이저 출력이 이루어집니다. 레이저 다이오드의 출력 전력은 입력 전류와 장치의 효율성에 따라 달라집니다.

레이저 빛의 파장은 반도체 소재의 밴드 갭과 광학적 공진기의 길이에 따라 달라져 적외선에서 자외선까지의 전자기 스펙트럼 전체에서 방출이 가능합니다.

레이저 다이오드는 구조, 작동 모드, 파장, 출력 전력 및 응용 분야에 따라 다양한 유형으로 분류됩니다. 일반적인 유형에는 단일 모드 레이저 다이오드, 다중 모드 레이저 다이오드, 마스터 오실레이터 파워 앰플리파이어 (MOPA) 레이저 다이오드, 수직 공진기 표면 발광 레이저 (VCSEL) 다이오드, 분산 피드백 (DFB) 레이저 다이오드, 외부 공진기 다이오드 레이저 (ECDLs) 등이 있습니다.

레이저 다이오드는 컴팩트한 크기, 낮은 전력 소비, 높은 효율성, 긴 수명, 다양성 등의 장점으로 인해 다양한 분야에서 넓은 범위의 응용 분야를 가지게 되었습니다. 일부 응용 분야로는 광학 저장, 광통신, 광학 스캐닝, 광학 센싱, 광학 디스플레이, 광학 수술 등이 있습니다.

그러나 레이저 다이오드는 온도 민감성, 광학적 피드백, 모드 점프, 높은 비용 등의 단점을 가지고 있습니다.