Điốt laser là gì?

Điốt laser là gì?

Định nghĩa Điốt Laser

Điốt laser được định nghĩa là điốt có thể tạo ra ánh sáng laser khi được kích thích điện. Nó bao gồm một khớp p-n với một lớp trung gian bổ sung ở giữa, hình thành cấu trúc p-i-n. Lớp trung gian là vùng hoạt động nơi ánh sáng được tạo ra bởi sự tái hợp của electron và lỗ trống.

Các vùng p-type và n-type được pha tạp nhiều để tạo ra các hạt mang thừa, trong khi lớp trung gian không được pha tạp hoặc chỉ được pha tạp nhẹ để cho phép khuếch đại quang học. Hai đầu của lớp trung gian được phủ bằng vật liệu phản xạ, một đầu hoàn toàn phản xạ và một đầu phản xạ một phần, để tạo thành hốc quang giữ ánh sáng và tăng cường sự phát xạ kích thích.

Phát xạ kích thích xảy ra khi photon đến làm cho electron bị kích thích rơi xuống mức năng lượng thấp hơn và phát ra một photon khác giống hệt photon đến về tần số, pha, cực hóa và hướng. Theo cách này, số lượng photon trong hốc tăng theo cấp số nhân, tạo ra tia sáng đồng pha thoát ra qua đầu phản xạ một phần.

Bước sóng của ánh sáng laser thay đổi tùy theo khoảng cách dải dẫn của vật liệu bán dẫn và chiều dài của hốc quang, cho phép phát ra trong dải phổ điện từ, từ hồng ngoại đến tử ngoại.

Cơ chế Hoạt động

Điốt laser hoạt động bằng cách áp dụng điện áp chênh lệch phía trước trên khớp p-n, gây ra dòng điện chảy qua thiết bị. Dòng điện này tiêm electron từ vùng n-type và lỗ trống từ vùng p-type vào lớp trung gian, nơi chúng tái hợp và giải phóng năng lượng dưới dạng photon.

Một số photon này được phát ra ngẫu nhiên theo các hướng khác nhau, trong khi những photon khác được kích thích bởi các photon hiện có trong hốc để phát ra cùng pha với chúng. Các photon được kích thích反弹的内容似乎被截断了。请允许我继续翻译剩余的部分： ```html

Một số photon này được phát ra ngẫu nhiên theo các hướng khác nhau, trong khi những photon khác được kích thích bởi các photon hiện có trong hốc để phát ra cùng pha với chúng. Các photon được kích thích đập qua lại giữa hai đầu phản xạ, gây ra thêm sự phát xạ kích thích và tạo ra sự đảo ngược dân số, nơi có nhiều electron bị kích thích hơn so với những electron không bị kích thích.

Khi sự đảo ngược dân số đạt đến mức ngưỡng, đầu ra laser ổn định được đạt được, nơi tốc độ phát xạ kích thích bằng tốc độ mất photon do truyền hoặc hấp thụ. Công suất đầu ra của điốt laser phụ thuộc vào dòng điện đầu vào và hiệu quả của thiết bị.

Công suất đầu ra phụ thuộc vào nhiệt độ thiết bị; nhiệt độ cao làm giảm hiệu quả và tăng dòng điện ngưỡng, đòi hỏi hệ thống làm mát để đạt hiệu suất tối ưu.

Loại Điốt Laser

Điốt laser được phân loại thành các loại khác nhau dựa trên cấu trúc, chế độ hoạt động, bước sóng, công suất đầu ra và ứng dụng. Một số loại phổ biến là:

• Điốt laser đơn chế độ

• Điốt laser đa chế độ

• Điốt laser bộ dao động chính - bộ khuếch đại công suất (MOPA)

• Điốt laser phát xạ bề mặt hốc quang dọc (VCSEL)

• Điốt laser phản hồi phân bố (DFB)

• Điốt laser hốc quang bên ngoài (ECDLs)

Ứng dụng Điốt Laser

• Lưu trữ quang

• Truyền thông quang

• Quét quang

• Cảm biến quang

• Hiển thị quang

• Phẫu thuật quang

Ưu điểm Điốt Laser

• Kích thước nhỏ gọn

• Tiêu thụ điện năng thấp

• Hiệu suất cao

• Tuổi thọ dài

• Tính linh hoạt

Nhược điểm Điốt Laser

• Dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ

• Phản hồi quang

• Chuyển chế độ

• Chi phí

Tóm tắt

Điốt laser là thiết bị bán dẫn tạo ra ánh sáng đồng pha thông qua quá trình phát xạ kích thích. Nó tương tự như điốt phát sáng (LED), nhưng có cấu trúc phức tạp hơn và thời gian phản hồi nhanh hơn.

Điốt laser bao gồm một khớp p-n với một lớp trung gian bổ sung ở giữa, hình thành cấu trúc p-i-n. Lớp trung gian là vùng hoạt động nơi ánh sáng được tạo ra bởi sự tái hợp của electron và lỗ trống.

Điốt laser hoạt động bằng cách áp dụng điện áp chênh lệch phía trước trên khớp p-n, gây ra dòng điện chảy qua thiết bị. Dòng điện này tiêm electron từ vùng n-type và lỗ trống từ vùng p-type vào lớp trung gian, nơi chúng tái hợp và giải phóng năng lượng dưới dạng photon.

Một số photon này được phát ra ngẫu nhiên theo các hướng khác nhau, trong khi những photon khác được kích thích bởi các photon hiện có trong hốc để phát ra cùng pha với chúng. Các photon được kích thích đập qua lại giữa hai đầu phản xạ, gây ra thêm sự phát xạ kích thích và tạo ra sự đảo ngược dân số, nơi có nhiều electron bị kích thích hơn so với những electron không bị kích thích.

Khi sự đảo ngược dân số đạt đến mức ngưỡng, đầu ra laser ổn định được đạt được, nơi tốc độ phát xạ kích thích bằng tốc độ mất photon do truyền hoặc hấp thụ. Công suất đầu ra của điốt laser phụ thuộc vào dòng điện đầu vào và hiệu quả của thiết bị.

Bước sóng của ánh sáng laser phụ thuộc vào khoảng cách dải dẫn của vật liệu bán dẫn và chiều dài của hốc quang. Điốt laser có thể tạo ra ánh sáng trong các vùng khác nhau của dải phổ điện từ, từ hồng ngoại đến tử ngoại.

Điốt laser được phân loại thành các loại khác nhau dựa trên cấu trúc, chế độ hoạt động, bước sóng, công suất đầu ra và ứng dụng. Một số loại phổ biến là điốt laser đơn chế độ, điốt laser đa chế độ, điốt laser bộ dao động chính - bộ khuếch đại công suất (MOPA), điốt laser phát xạ bề mặt hốc quang dọc (VCSEL), điốt laser phản hồi phân bố (DFB), điốt laser hốc quang bên ngoài (ECDLs), v.v.

Điốt laser có phạm vi ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhờ các ưu điểm như kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ điện năng thấp, hiệu suất cao, tuổi thọ dài và tính linh hoạt. Một số ứng dụng của chúng là lưu trữ quang, truyền thông quang, quét quang, cảm biến quang, hiển thị quang và phẫu thuật quang.

Mặc dù có nhiều lợi ích, điốt laser cũng có một số nhược điểm như dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, phản hồi quang, chuyển chế độ và chi phí cao.