Hva er en laserdiod?

Hva er en laserdiod?

Definisjon av laserdiod

En laserdiod er definert som en diod som kan generere laserlys når den elektrisk pumpes med strøm. Den består av en p-n-forbindelse med et ekstra intrinsisk lag i mellom, som danner en p-i-n-struktur. Det intrinsiske laget er den aktive regionen der lys genereres ved rekombinasjon av elektroner og hull.

P-type- og n-type-regioner er sterkt dopet med urenheter for å skape overflødig bærende, mens det intrinsiske laget er undopet eller svakt dopet for å tillate optisk forsterkning. Endene av det intrinsiske laget er belagt med reflekterende materialer, ett fullstendig reflekterende og ett delvis reflekterende, for å danne en optisk kavitet som fanger lyset og forsterker den stimulerte utstrålingen.

Stimulert utstråling forekommer når et innkommende foton får en opphisset elektron til å synke til en lavere energinivå og utstråle et annet foton som er identisk med det innkommende fotonet i frekvens, fase, polarisering og retning. På denne måten øker antallet fotoner i kaviten eksponensielt, og skaper en koherent stråle lys som forlater gjennom det delvis reflekterende enden.

Bølgelengden av laserlys varierer med halvledermaterials bandgap og lengden på den optiske kaviten, som muliggjør utstråling over elektromagnetisk spektrum, fra infrarødt til ultraviolet.

Driftsmekanisme

En laserdiod fungerer ved å bruke en forhåndsbelasted spenningsforskyvning over p-n-forbindelsen, som fører til at strøm flyter gjennom enheten. Strømmen injiserer elektroner fra n-type-regionen og hull fra p-type-regionen inn i det intrinsiske laget, der de rekombinerer og frigjør energi i form av fotoner.

Noen av disse fotonene utstråles spontant i tilfeldige retninger, mens andre stimuleres av eksisterende fotoner i kaviten til å utstråle i fase med dem. De stimulerte fotonene hopper frem og tilbake mellom de reflekterende endene, som fører til mer stimulert utstråling og skaper en populasjonsinversjon, der det er flere opphissete elektroner enn ikke-opphissete.

Når populasjonsinversjonen når en terskelverdi, oppnås stabil laserautput, hvor hastigheten av stimulert utstråling er lik hastigheten av fotonforlust på grunn av transmisjon eller absorpsjon. Effekten av laserdioden avhenger av inndatastrømmen og effektiviteten til enheten.

Effekten henger sammen med enhetens temperatur; høyere temperaturer reduserer effektiviteten og øker terskelstrømmen, noe som krever kjølesystemer for optimal ytelse.

Typer laserdioder

Laserdioder er klassifisert i ulike typer basert på deres struktur, driftsmodus, bølgelengde, effekt og anvendelse. Noen av de vanlige typene er:

• Enkeltmodus laserdioder

• Flere modus laserdioder

• Master oscillator power amplifier (MOPA) laserdioder

• Vertikal kavitetsoverflateutstrålingslaser (VCSEL) dioder

• Distribuert tilbakemelding (DFB) laserdioder

• Ekstern kavitet diodelaser (ECDLs)

Anvendelser av laserdioder

• Optisk lagring

• Optisk kommunikasjon

• Optisk skanning

• Optisk sensorikk

• Optisk visning

• Optisk kirurgi

Fordeler med laserdioder

• Kompakt størrelse

• Lav strømforbruk

• Høy effektivitet

• Lang levetid

• Versatilitet

Ulemper med laserdioder

• Temperaturfølsomhet

• Optisk tilbakemelding

• Modus hopping

• Kostnad

Sammendrag

En laserdiod er en halvlederenh