Ano ang Laser Diode?
Ano ang Laser Diode?
Pangangailangan ng Laser Diode
Ang laser diode ay isang diode na maaaring bumuo ng laser light kapag elektrikong pinumpuan ng kasalukuyan. Ito ay binubuo ng isang p-n junction na may karagdagang intrinsic layer sa gitna, na nagpapabuo ng isang p-i-n structure. Ang intrinsic layer ay ang aktibong rehiyon kung saan nabubuo ang liwanag sa pamamagitan ng recombination ng mga electron at holes.
Ang mga rehiyong p-type at n-type ay malubhang doped ng mga impurity upang lumikha ng excess carriers, samantalang ang intrinsic layer ay hindi doped o maikling doped upang payagan ang optical amplification. Ang mga dulo ng intrinsic layer ay napapaligiran ng mga reflective materials, isa na ganap na reflective at isa na bahagyang reflective, upang bumuo ng isang optical cavity na nakakatrapo ng liwanag at nagpapataas ng stimulated emission.
Ang stimulated emission ay nangyayari kapag ang isang papasok na photon ay nagdudulot ng isang excited electron na bumaba sa mas mababang antas ng enerhiya at ibinibigay ang isa pang photon na magkapareho sa frequency, phase, polarization, at direksyon ng papasok na photon. Sa paraang ito, ang bilang ng mga photon sa cavity ay lumalaki eksponensyal, nagpapabuo ng coherent beam ng liwanag na lumalabas sa pamamagitan ng bahagyang reflective end.
Ang wavelength ng laser light ay nag-iiba-iba depende sa band gap ng semiconductor material at ang haba ng optical cavity, na nagbibigay-daan sa paglabas ng liwanag sa buong electromagnetic spectrum, mula infrared hanggang ultraviolet.
Mekanismo ng Paggana
Ang laser diode ay gumagana sa pamamagitan ng pag-apply ng forward bias voltage sa p-n junction, na nagdudulot ng pag-flow ng kasalukuyan sa device. Ang kasalukuyan ay nag-inject ng mga electron mula sa rehiyong n-type at mga hole mula sa rehiyong p-type sa intrinsic layer, kung saan sila recombine at ililipad ang enerhiya sa anyo ng mga photon.
Ang ilang mga photon ay spontaneamente inililipad sa random na direksyon, habang ang iba ay istimulado ng umiiral na mga photon sa cavity upang ililipad sa phase sa kanila. Ang mga istimuladong photon ay sumusugod at babalik sa pagitan ng mga reflective ends, nagdudulot ng higit pang istimuladong emission at nagpapabuo ng population inversion, kung saan mayroong higit na excited electrons kaysa sa hindi excited ones.
Kapag ang population inversion ay umabot sa threshold level, matatamo ang steady-state laser output, kung saan ang rate ng istimuladong emission ay katumbas ng rate ng photon loss dahil sa transmission o absorption. Ang output power ng laser diode ay depende sa input current at ang efficiency ng device.
Ang output power ay naka-asa sa temperatura ng device; ang mas mataas na temperatura ay nagbabawas ng efficiency at nagpapataas ng threshold current, kaya kinakailangan ang cooling systems para sa optimal na performance.
Uri ng Laser Diodes
Ang mga laser diode ay naklase sa iba't ibang uri batay sa kanilang structure, mode of operation, wavelength, output power, at application. Ang ilan sa mga karaniwang uri ay:
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)
Mga Application ng Laser Diodes
Optical storage
Optical communication
Optical scanning
Optical sensing
Optical display
Optical surgery
Mga Advantages ng Laser Diodes
Compact size
Low power consumption
High efficiency
Long lifetime
Versatility
Mga Disadvantages ng Laser Diodes
Temperature sensitivity
Optical Feedback
Mode hopping
Cost
Buod
Ang laser diode ay isang semiconductor device na bumubuo ng coherent light sa pamamagitan ng proseso ng stimulated emission. Ito ay katulad ng isang light-emitting diode (LED), ngunit may mas komplikadong structure at mas mabilis na response time.
Ang laser diode ay binubuo ng isang p-n junction na may karagdagang intrinsic layer sa gitna, na nagpapabuo ng isang p-i-n structure. Ang intrinsic layer ay ang aktibong rehiyon kung saan nabubuo ang liwanag sa pamamagitan ng recombination ng mga electron at holes.
Ang laser diode ay gumagana sa pamamagitan ng pag-apply ng forward bias voltage sa p-n junction, na nagdudulot ng pag-flow ng kasalukuyan sa device. Ang kasalukuyan ay nag-inject ng mga electron mula sa rehiyong n-type at mga hole mula sa rehiyong p-type sa intrinsic layer, kung saan sila recombine at ililipad ang enerhiya sa anyo ng mga photon.
Ang ilang mga photon ay spontaneamente inililipad sa random na direksyon, habang ang iba ay istimulado ng umiiral na mga photon sa cavity upang ililipad sa phase sa kanila. Ang mga istimuladong photon ay sumusugod at babalik sa pagitan ng mga reflective ends, nagdudulot ng higit pang istimuladong emission at nagpapabuo ng population inversion, kung saan mayroong higit na excited electrons kaysa sa hindi excited ones.
Kapag ang population inversion ay umabot sa threshold level, matatamo ang steady-state laser output, kung saan ang rate ng istimuladong emission ay katumbas ng rate ng photon loss dahil sa transmission o absorption. Ang output power ng laser diode ay depende sa input current at ang efficiency ng device.
Ang wavelength ng laser light ay depende sa band gap ng semiconductor material at ang haba ng optical cavity. Ang mga laser diode ay maaaring bumuo ng liwanag sa iba't ibang rehiyon ng electromagnetic spectrum, mula infrared hanggang ultraviolet.
Ang mga laser diode ay naklase sa iba't ibang uri batay sa kanilang structure, mode of operation, wavelength, output power, at application. Ang ilan sa mga karaniwang uri ay 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.
Ang mga laser diode ay may malawak na range ng application sa iba't ibang larangan dahil sa kanilang mga advantages tulad ng compact size, low power consumption, high efficiency, long lifetime, at versatility. Ang ilan sa kanilang mga application ay optical storage, optical communication, optical scanning, optical sensing, optical display, at optical surgery.
Bagaman may mga benefits, ang mga laser diode ay may mga drawbacks tulad ng temperature sensitivity, optical feedback, mode hopping, at mataas na cost.
