Kas ir lazerdiods?

Kas ir lazerdiods?

Lazerdioda definīcija

Lazerdiods ir diods, kas spēj ģenerēt lazerstaru, kad to elektriski pārvieto ar strāvu. Tas sastāv no p-n savienojuma ar papildu neitrālu slāni starpā, veidojot p-i-n struktūru. Neitrālais slānis ir aktīvais reģions, kurā gaismas ģenerēšanai notiek elektronu un defektu rekombinācija.

P-tipa un n-tipa reģioni tiek bieži nomāti ar impuritātēm, lai radītu pārpalikusus nosūtniekus, savukārt neitrālais slānis nav nomāts vai ir nomāts reti, lai ļautu optiskai amplifikācijai. Neitrālā slāņa beigas ir apklātas ar atspoguļošiem materiāliem, viena pilnībā atspoguļojoša un otra daļēji atspoguļojoša, lai veidotu optisko kameru, kas uztver gaismu un palielina stimulēto izlaidumu.

Stimulētais izlaidums notiek, kad ienākošs fotons izraisa uzbruksējušu elektronu kritumu uz zemāku enerģijas līmeni un izlaida citu fotoni, kas identisks ienākošajam frekvencē, fāzē, polarizācijā un virzienā. Šādā veidā kamera iekšienē esošo fotona skaits eksponenciāli pieaug, radot saskaņotu gaismas plūsmu, kas iziet caur daļēji atspoguļojošo galu.

Lazerstaru garums mainās atkarībā no poluprovadītāja materiāla enerģijas sprādziena un optiskās kameras garuma, ļaujot izlaišanai elektromagnētiskajā spektrā no infrasarkanas līdz ultravioletam.

Darbības mehānisms

Lazerdiods darbojas, piemērojot priekšējo slodinājumu p-n savienojumam, kas rada strāvas plūsmu caur ierīci. Strāva ieved elektronus no n-tipa reģiona un defektus no p-tipa reģiona neitrālajā slānī, kur tie rekombinē un izliek enerģiju formā fotoni.

Daži no šiem fotoniem tiek spontāni izlaidīti nejaušos virzienos, bet citi tiek stimulēti esošajiem kamerā esošajiem fotoniem, lai izlaidītu tos fāzē ar tiem. Stimulētie fotoni skriešanos starp atspoguļojošām beigām, izraisa vēl vairāk stimulētu izlaidumu un radīt populācijas inversiju, kur ir vairāk uzbruksējušu elektronu nekā neuzbruksējušu.

Kad populācijas inversija sasniedz slodzi, tiek sasniegts pastāvīgs lazerdioda izlaidums, kur stimulētā izlaiduma rādītājs atbilst fotona zuduma rādītājam dēļ transmisijas vai absorbcijas. Lazerdioda izlaiduma jauda atkarīga no ievades strāvas un ierīces efektivitātes.

Izlaiduma jauda atkarīga no ierīces temperatūras; augstākas temperatūras samazina efektivitāti un paaugrina slodzi, nepieciešama dzesēšanas sistēma optimālai darbībai.

Lazerdiodu veidi

Lazerdiodi tiek sadalīti dažādos veidos atkarībā no to struktūras, darbības režīma, garuma, izlaiduma jaudas un lietojuma. Daži no visbiežāk sastopamajiem veidiem ir:

• Vienmodu lazerdiods

• Vairākmodu lazerdiods

• Galvenā oscilatora jaudas pastiprinātāja (MOPA) lazerdiods

• Vertikālas kameras virsgrāmatnes emitošs (VCSEL) lazerdiods

• Izplatītas atgriezenes (DFB) lazerdiods

• Ārējas kameras dioda lazers (ECDL)

Lazerdiodu lietojumi

• Optiskā krājšana

• Optiskā komunikācija

• Optiskā skenēšana

• Optiskā mērīšana

• Optiskā displeja

• Optiskā chirurgija

Lazerdiodu priekšrocības

• Kompakta izmērs

• Zema enerģijas patēriņa

• Augsta efektivitāte

• Ilga mūža ilgums

• Universālums

Lazerdiodu trūkumi

• Temperatūras jūtība

• Optiskā atgriezība

• Režīmu maiņa

• Izdevīgi

Kopsavilkums

Lazerdiods ir poluprovadītāja ierīce, kas ražo koherentu gaismu caur procesu, kas sauc par stimulētu izlaidumu. Tā ir līdzīga gaismas emitojošam diodam (LED), bet tā struktūra ir sarežģītāka un reakcijas laiks ātrāks.

Lazerdiods sastāv no p-n savienojuma ar papildu neitrālu slāni starpā, veidojot p-i-n struktūru. Neitrālais slānis ir aktīvais reģions, kurā gaismas ģenerēšanai notiek elektronu un defektu rekombinācija.

Lazerdiods darbojas, piemērojot priekšējo slodinājumu p-n savienojumam, kas rada strāvas plūsmu caur ierīci. Strāva ieved elektronus no n-tipa reģiona un defektus no p-tipa reģiona neitrālajā slānī, kur tie rekombinē un izliek enerģiju formā fotoni.

Daži no šiem fotoniem tiek spontāni izlaidīti nejaušos virzienos, bet citi tiek stimulēti esošajiem kamerā esošajiem fotoniem, lai izlaidītu tos fāzē ar tiem. Stimulētie fotoni skriešanos starp atspoguļojošām beigām, izraisa vēl vairāk stimulētu izlaidumu un radīt populācijas inversiju, kur ir vairāk uzbruksējušu elektronu nekā neuzbruksējušu.

Kad populācijas inversija sasniedz slodzi, tiek sasniegts pastāvīgs lazerdioda izlaidums, kur stimulētā izlaiduma rādītājs atbilst fotona zuduma rādītājam dēļ transmisijas vai absorbcijas. Lazerdioda izlaiduma jauda atkarīga no ievades strāvas un ierīces efektivitātes.

Lazerstaru garums atkarīgs no poluprovadītāja materiāla enerģijas sprādziena un optiskās kameras garuma. Lazerdiodi var producēt gaismu dažādos elektromagnētiskā spektra reģionos, sākot no infrasarkanas līdz ultravioletam.

Lazerdiodi tiek sadalīti dažādos veidos atkarībā no to struktūras, darbības režīma, garuma, izlaiduma jaudas un lietojuma. Daži no visbiežāk sastopamajiem veidiem ir vienmodu lazerdiodi, vairākmodu lazerdiodi, galvenā oscilatora jaudas pastiprinātāja (MOPA) lazerdiodi, vertikālas kameras virsgrāmatnes emitoši (VCSEL) lazerdiodi, izplatītas atgriezenes (DFB) lazerdiodi, ārējas kameras dioda lazeri (ECDL) utt.

Lazerdiodi ir plaši izmantoti dažādos jomās, tādēļ to priekšrocībām kā kompakta izmērs, zems enerģijas patēriņš, augsta efektivitāte, ilgs mūža ilgums un universālums. Daži no to lietojumiem ir optiskā krājšana, optiskā komunikācija, optiskā skenēšana, optiskā mērīšana, optiskā displeja un optiskā chirurgija.

Neraugoties uz to labām īpašībām, lazerdiodi ir arī trūkumi, tostarp temperatūras jūtība, optiskā atgriezība, režīmu maiņa un augsts izmaksas.