Apakah Diode Laser?

Apakah Laser Diode?

Definisi Laser Diode

Laser diode didefinisikan sebagai dioda yang dapat menghasilkan cahaya laser ketika dipompa secara elektrik dengan arus. Terdiri dari persimpangan 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 p-tipe dan n-tipe diberi dopan berat dengan impuritas untuk menciptakan pembawa berlebih, sementara lapisan intrinsik tidak didop atau didop 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 menangkap cahaya dan meningkatkan emisi terstimulasi.

Emisi terstimulasi terjadi ketika foton masuk menyebabkan elektron yang terexcited jatuh 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

Laser diode bekerja dengan menerapkan tegangan bias maju di persimpangan p-n, yang menyebabkan arus mengalir melalui perangkat. Arus menyuntikkan elektron dari wilayah n-tipe dan lubang dari wilayah p-tipe ke lapisan intrinsik, di mana mereka berekombinasi dan melepaskan energi dalam bentuk foton.

Beberapa foton ini dipancarkan secara spontan ke arah acak, sementara yang lain diprovokasi oleh foton yang ada di rongga untuk memancarkan in fase dengan mereka. Foton yang diprovokasi bergerak bolak-balik antara ujung-ujung reflektif, menyebabkan lebih banyak emisi terprovokasi 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 penyerapan. Daya output laser diode 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 Laser Diode

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

• Laser diode single-mode

• Laser diode multi-mode

• Laser diode master oscillator power amplifier (MOPA)

• Laser diode vertical cavity surface emitting (VCSEL)

• Laser diode distributed feedback (DFB)

• Laser diode external cavity (ECDLs)

Aplikasi Laser Diode

• Penyimpanan optik

• Komunikasi optik

• Pemindaian optik

• Sensing optik

• Tampilan optik

• Bedah optik

Kelebihan Laser Diode

• Ukuran kompak

• Konsumsi daya rendah

• Efisiensi tinggi

• Umur panjang

• Versatilitas

Kekurangan Laser Diode

• Sensitivitas suhu

• Umpan balik optik

• Mode hopping

• Biaya

Ringkasan

Laser diode adalah perangkat semikonduktor yang menghasilkan cahaya koheren melalui proses emisi terstimulasi. Ini mirip dengan dioda pemancar cahaya (LED), tetapi memiliki struktur yang lebih kompleks dan waktu respons yang lebih cepat.

Laser diode terdiri dari persimpangan 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.

Laser diode bekerja dengan menerapkan tegangan bias maju di persimpangan p-n, yang menyebabkan arus mengalir melalui perangkat. Arus menyuntikkan elektron dari wilayah n-tipe dan lubang dari wilayah p-tipe ke lapisan intrinsik, di mana mereka berekombinasi dan melepaskan energi dalam bentuk foton.

Beberapa foton ini dipancarkan secara spontan ke arah acak, sementara yang lain diprovokasi oleh foton yang ada di rongga untuk memancarkan in fase dengan mereka. Foton yang diprovokasi bergerak bolak-balik antara ujung-ujung reflektif, menyebabkan lebih banyak emisi terprovokasi 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 penyerapan. Daya output laser diode bergantung pada arus input dan efisiensi perangkat.

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

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

Laser diode memiliki berbagai aplikasi di berbagai bidang karena kelebihannya 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, laser diode juga memiliki kekurangan seperti sensitivitas suhu, umpan balik optik, mode hopping, dan biaya tinggi.