Што е лазер диод?

Што е лазер диод?

Дефиниција на лазер диод

Лазер диодот е дефиниран како диод кој може да генерира лазерска светлина кога е електрично подетан со ток. Состои од p-n јункција со дополнителен интрузивен слој помеѓу нив, што формира p-i-n структура. Интрузивниот слој е активната област каде што светлината се генерира од рекомбинација на електрони и цевки.

p-типа и n-типата области се силно допирани со примеси за да создадат премногу носачи, додека интрузивниот слој е недопиран или слабо допиран за да овозможи оптичко зголемување. Крајните делови на интрузивниот слој се покриваат со рефлективни материјали, еден потполно рефлективен и еден делумно рефлективен, за да формираат оптичка кавитета која запира светлината и подобрува стимулацијата на излезната емисија.

Стимулираната емисија се случува кога донаесен фотон каузира екцитиран електрон да падне на ниж енергетски ниво и да излее друг фотон кој е идентичен со донаесениот во фреквенција, фаза, поляризација и насока. На тој начин, бројот на фотони во кавитетата се зголемува експоненцијално, создавајќи когерентен зрак светлина кој излегува низ делумно рефлективниот край.

Волната должина на лазерската светлина варира со полосата на полупроводницот и должината на оптичката кавитета, што овозможува емисија низ електромагнетниот спектар, од инфрацрвена до ултравиолета.

Механизам на работа

Лазер диодот работи со применување на напон во правец на p-n јункцијата, што предизвикува да текат токови низ уредот. Токот внесува електрони од n-типата област и цевки од p-типата област во интрузивниот слој, каде што се рекомбинираат и испуштаат енергија во облик на фотони.

Некои од овие фотони се самостојно излеваат во случајни насоки, додека другите се стимулирани од постојните фотони во кавитетата да излееат во фаза со нив. Стимулираните фотони се одбија напред-назад меѓу рефлективните краеви, предизвикувајќи повеќе стимулирана емисија и создавајќи популациона инверзија, каде што има повеќе екцитирани електрони од неекцитирани.

Кога популационата инверзија достигне праговата ниво, се постигува стабилна лазерска излез, каде што резимата на стимулираната емисија е еднаква на резимата на губење на фотони поради трансмисија или абсорпција. Излезната моќ на лазер диодот зависи од входниот ток и ефикасноста на уредот.

Излезната моќ зависи од температурата на уредот; повисоките температури намалуваат ефикасноста и го зголемуваат праговиот ток, што бара системи за хладење за оптимална работа.

Типови на лазер диоди

Лазер диодите се класифицирани во различни типови според нивната структура, начин на работа, волнова должина, излезна моќ и применување. Некои од најобичните типови се:

• Едномодални лазер диоди

• Многомодални лазер диоди

• Главен осцилатор - моќен амплификатор (MOPA) лазер диоди

• Вертикална кавитета површинска емисија (VCSEL) диоди

• Распределена обратна спрега (DFB) лазер диоди

• Екстерна кавитета диод лазери (ECDLs)

Применување на лазер диоди

• Оптички складирање

• Оптичка комуникација

• Оптичко скенирање

• Оптичко сензорство

• Оптичко приказување

• Оптичка хируршија

Преимущества на лазер диодите

• Компатна големина

• Ниска консумација на моќ

• Висока ефикасност

• Долга жизнен период

• Версатилност

Недостатоци на лазер диодите

• Сензитивност на температура

• Оптичка фидбек

• Преминување на модуси

• Цена

Заклучок

Лазер диодот е полупроводнички уред кој произведува когерентна светлина преку процес на стимулирана емисија. Подобро е сличен на диод кој излее светлина (LED), но има по комплексна структура и побрз одговор.

Лазер диодот состои од p-n јункција со дополнителен интрузивен слој помеѓу нив, што формира p-i-n структура. Интрузивниот слој е активната област каде што светлината се генерира од рекомбинација на електрони и цевки.

Лазер диодот работи со применување на напон во правец на p-n јункцијата, што предизвикува да текат токови низ уредот. Токот внесува електрони од n-типата област и цевки од p-типата област во интрузивниот слој, каде што се рекомбинираат и испуштаат енергија во облик на фотони.

Некои од овие фотони се самостојно излеваат во случајни насоки, додека другите се стимулирани од постојните фотони во кавитетата да излееат во фаза со нив. Стимулираните фотони се одбија напред-назад меѓу рефлективните краеви, предизвикувајќи повеќе стимулирана емисија и создавајќи популациона инверзија, каде што има повеќе екцитирани електрони од неекцитирани.

Кога популационата инверзија достигне праговата ниво, се постигува стабилна лазерска излез, каде што резимата на стимулираната емисија е еднаква на резимата на губење на фотони поради трансмисија или абсорпција. Излезната моќ на лазер диодот зависи од входниот ток и ефикасноста на уредот.

Волната должина на лазерската светлина зависи од полосата на полупроводницот и должината на оптичката кавитета. Лазер диодите можат да произведуваат светлина во различни региони на електромагнетниот спектар, од инфрацрвено до ултравиолета.

Лазер диодите се класифицирани во различни типови според нивната структура, начин на работа, волнова должина, излезна моќ и применување. Некои од најобичните типови се едномодални лазер диоди, многомодални лазер диоди, главен осцилатор - моќен амплификатор (MOPA) лазер диоди, вертикална кавитета површинска емисија (VCSEL) диоди, распределена обратна спрега (DFB) лазер диоди, екстерна кавитета диод лазери (ECDLs), итн.

Лазер диодите имаат широк спектар на применување во различни полиња поради нивните предности како компактна големина, ниска консумација на моќ, висока ефикасност, долга жизнен период и версатилност. Некои од нивните применувања се оптичко складирање, оптичка комуникација, оптичко скенирање, оптичко сензорство, оптичко приказување и оптичка хируршија.

Невзирајќи на нивните предности, лазер диодите имаат недостатоци како сензитивност на температура, оптичка фидбек, преминување на модуси и високи трошоци.