Nini ni Laser Diode?

Ni nini Diode ya Laseri?

Maana ya Diode ya Laseri

Diode ya laseri inatafsiriwa kama diode ambayo inaweza kutengeneza mwanga wa laseri wakati unapopimika na umeme. Ina jumlisha ya p-n yenye kinga ya asili katikati, kuunda muundo wa p-i-n. Kinga ya asili ni eneo la kazi ambalo mwanga unategemea hapa kwa kusambaa kwa vipepeo na vichungu.

Magari ya p-type na n-type yameingilifishwa sana na vituwai ili kutengeneza watu wa ziada, ingawa kinga ya asili imeingilifishwa kidogo au haijawahi kwa ajili ya uzidishaji wa mwanga. Mwisho wa kinga ya asili mmoja unaelekezwa kwa vifaa vilivyovutia kwa kutosha na mwingine kwa chache tu, ili kutengeneza chumba cha mwanga kilichochochea na kunyanya utangulizi wa mwanga.

Utangulizi wa mwanga hutokea wakati photon ujio anayesababisha vipepeo la juu linaruka kwenye kiwango chenye nguvu chache na kukua photon lingine ambayo inafanana na ile iliyotoka kwa ukubwa, mfano, polarization, na mhusika. Hivyo basi, idadi ya photons katika chumba chako kinajirudia kwa ubora, kutengeneza mwanga mzima unaokua kuelekea kwenye mwisho wa chini wa vifaa vilivyovutia.

Urefu wa mwanga wa laseri huongezeka kwa band gap ya chombo chenye semiconductors na urefu wa chumba cha mwanga, kufanya kutoa kwa umbali wa electromagnetic spectrum, kutoka infrared hadi ultraviolet.

Mechanismo ya Kazi

Diode ya laseri huchukua voltage ya forward bias juu ya jumlisha ya p-n, ambayo husababisha umeme kumpa kwenye kifaa. Umeme hupinda vipepeo kutoka kwenye magari ya n-type na vichungu kutoka kwenye magari ya p-type kwenye kinga ya asili, ambapo wanazitaka na kukua energy kwa aina ya photons.

Baadhi ya photons huyatengenezwa kwa kujisikia kwenye vipimo vingine, ingawa wengine huongezeka kutokana na photons zilizopo kwenye chumba cha mwanga kukuza kwa mfano wao. Photons zilizoungezeka hupiga upande kati ya mwisho wa vifaa vilivyovutia, kusababisha zaidi za utangulizi wa mwanga na kutengeneza inversion ya population, ambapo vipepeo vya juu vinakua zaidi kuliko vipepeo visivyo juu.

Wakati inversion ya population inafika kiwango cha threshold, output ya steady-state ya laseri hutegemea, ambapo kiwango cha utangulizi wa mwanga kinasawaa na kiwango cha upotosheni wa photons kutokana na transmission au absorption. Nguvu ya output ya diode ya laseri inategemea current ya input na efficiency ya kifaa.

Nguvu ya output inategemea joto la kifaa; majukumu makubwa huongezeka efficiency na kuongeza current ya threshold, kuhitaji systems za cooling kwa performance bora.

Aina za Diodes za Laseri

Diodes za laseri zinagrupiwa kwa aina mbalimbali kulingana na muundo, mode ya kazi, wavelength, nguvu ya output, na matumizi. Baadhi ya aina za mara kwa mara ni:

• Single-mode laser diodes

• Multi-mode laser diodes

• Master oscillator power amplifier (MOPA) laser diodes

• Vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) diodes

• Distributed feedback (DFB) laser diodes

• External cavity diode lasers (ECDLs)

Matumizi ya Diodes za Laseri

• Optical storage

• Optical communication

• Optical scanning

• Optical sensing

• Optical display

• Optical surgery

Faida za Diodes za Laseri

• Ukubwa mdogo

• Matezi ya umeme chache

• Efficiency ya juu

• Umri mrefu

• Versatility

Matatizo ya Diodes za Laseri

• Temperature sensitivity

• Optical Feedback

• Mode hopping

• Cost

Muhtasari

Diode ya laseri ni kifaa cha semiconductor ambacho kinatengeneza mwanga wa tofauti kwa njia ya utangulizi wa mwanga. Ni sawa na diode ya mwanga ambayo inatengeneza mwanga (LED), lakini ina muundo mrefu na muda wa majibu wa haraka.

Diode ya laseri ina jumlisha ya p-n yenye kinga ya asili katikati, kuunda muundo wa p-i-n. Kinga ya asili ni eneo la kazi ambalo mwanga unategemea hapa kwa kusambaa kwa vipepeo na vichungu.

Diode ya laseri huchukua voltage ya forward bias juu ya jumlisha ya p-n, ambayo husababisha umeme kumpa kwenye kifaa. Umeme hupinda vipepeo kutoka kwenye magari ya n-type na vichungu kutoka kwenye magari ya p-type kwenye kinga ya asili, ambapo wanazitaka na kukua energy kwa aina ya photons.

Baadhi ya photons huyatengenezwa kwa kujisikia kwenye vipimo vingine, ingawa wengine huongezeka kutokana na photons zilizopo kwenye chumba cha mwanga kukuza kwa mfano wao. Photons zilizoungezeka hupiga upande kati ya mwisho wa vifaa vilivyovutia, kusababisha zaidi za utangulizi wa mwanga na kutengeneza inversion ya population, ambapo vipepeo vya juu vinakua zaidi kuliko vipepeo visivyo juu.

Wakati inversion ya population inafika kiwango cha threshold, output ya steady-state ya laseri hutegemea, ambapo kiwango cha utangulizi wa mwanga kinasawaa na kiwango cha upotosheni wa photons kutokana na transmission au absorption. Nguvu ya output ya diode ya laseri inategemea current ya input na efficiency ya kifaa.

Urefu wa mwanga wa laseri huongezeka kwa band gap ya chombo chenye semiconductors na urefu wa chumba cha mwanga. Diodes za laseri zinaweza kutengeneza mwanga katika maeneo tofauti ya electromagnetic spectrum, kutoka infrared hadi ultraviolet.

Diodes za laseri zinagrupiwa kwa aina mbalimbali kulingana na muundo, mode ya kazi, wavelength, nguvu ya output, na matumizi. Baadhi ya aina za mara kwa mara ni single-mode laser diodes, multi-mode laser diodes, master oscillator power amplifier (MOPA) laser diodes, vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) diodes, distributed feedback (DFB) laser diodes, external cavity diode lasers (ECDLs), etc.

Diodes za laseri zina faida mengi katika maeneo tofauti kutokana na faida zao kama vile ukubwa mdogo, matezi ya umeme chache, efficiency ya juu, umri mrefu, na versatility. Baadhi ya matumizi yake ni optical storage, optical communication, optical scanning, optical sensing, optical display, na optical surgery.

Ingawa zina faida mengi, diodes za laseri zina matatizo kama vile temperature sensitivity, optical feedback, mode hopping, na gharama kali.