Dioda cu laser funcționează principiile, tipurile și aplicații
Invenția de dioda laser semiconductor este considerat pe bună dreptate unul dintre cele mai bune realizări în domeniul fizicii din a doua jumătate a secolului trecut. Dezvoltarea independentă de oameni de știință sovietici și americani în domeniul radiațiilor optice din materiale semiconductoare, a petrecut mai mult de o jumătate de secol în urmă, astăzi arată eficacitatea în consum, industriale și militare.
Spre deosebire de diode emițătoare de lumină, a căror funcționare se bazează pe emisia spontană de fotoni, diode laser sunt principiu și structura cristalului mai complicate.
Principiul de funcționare
Pentru a înțelege în cazul în care apar fotonii, ia în considerare procesul de recombinare (dispariția unei perechi de purtători de sarcină liberi - electroni și găuri). Atunci când se aplică o tensiune directă la p-n joncțiune injecție diode are loc, adică o creștere bruscă a concentrației de purtători de neechilibru. In procesul de injectare, se deplasează unul către celălalt, electronii și golurile se recombină, eliberând energie sub formă de particule - fotoni și quasiparticle - fononului. Deci, există o emisie spontană observată în diode emițătoare de lumină.
În cazul unei diode laser in loc trebuie sa ruleze spontan mecanism fotoni de emisie stimulată cu aceiași parametri. În acest scop, cristalul formează o cavitate optică, trecând prin care, cu o frecvență predeterminată fotoni cauzele recombină purtători de electroni, care promovează apariția unor noi fotoni de aceeași polarizare și fază. Ele sunt numite coerente.
În acest caz, oscilație cu laser este posibilă numai în cazul în care există un număr excesiv de mare de mass-media electronice în nivelul de energie superior, eliberate în urma injectării. În acest scop, curentul pompei atât de puternic pentru a provoca o electronica de inversiune a populației. Prin acest fenomen implică starea în care nivelul superior cu mult mai mulți electroni decât cea mai mică populate. Ca urmare a emisiei stimulate de fotoni coerente.
Mai mult, astfel de fotoni multiple reflectate de fațetele rezonator optice, provocând feedback-ul pozitiv de lansare. Acest fenomen este o avalanșă, în urma căruia se naște fasciculul laser. Astfel, crearea de orice generator optic, inclusiv o diodă laser necesită două condiții:
- prezența fotonilor coerente;
- organizarea de feedback pozitiv optic (IEE).
Pentru a forma un fascicul este împrăștiată datorită dispozitivului de difracție sunt asamblate de colectare a lentilelor. Obiectiv tip instalat depinde de tipul de laser.
Tipuri de diode laser
De-a lungul anilor de dezvoltare a dispozitivului de diode laser a suferit numeroase modificări. Design-ul său a fost îmbunătățit, în mare parte datorită apariției unor echipamente high-tech. dopare maximă precizie și lustruirea cip semiconductor, și crearea de model heterostructuri - factori care au furnizat un coeficient de reflexie ridicat la „cip-aer„și formarea de radiație coerentă.
Prima dioda cu laser (diodă gomostrukturoy) a avut un p-n joncțiune și poate funcționa numai într-un mod pulsatoriu din cauza supraîncălzirii rapide a cristalului. Ea are o semnificație istorică și nu se aplică în practică.
Mai eficientă a fost dioda laser cu o heterostructuri dublu (DHS diode). cristalul său se bazează pe două Heterostructuri. Fiecare heterostructuri - un material (galiu arseniura și galiu arseniura de aluminiu), cu un decalaj de bandă mică, care este situat între straturi cu decalaj de bandă mai mare. Avantajul GVD diode laser consta într-o creștere substanțială a concentrației de purtători de polaritate opusă într-un strat subțire, care accelerează foarte mult manifestarea feedback pozitiv. În afară de fotoni reflectate de la heterojonctiunilor duce la o scădere a concentrației lor în regiune câștig redus, și, prin urmare îmbunătățește eficiența întregului dispozitiv.
O diodă laser cu un bine cuantic este aranjat pe principiul dioda GVD, dar cu o regiune activă subțire. Aceasta înseamnă că particulele elementare care se încadrează într-un potențial bine, începe să se miște în același plan. efect de cuantificare în acest caz înlocuiește bariera de potențial, și servește ca generator de radiații.
Eficiența de retenție insuficientă a fluxului luminos în GVD diode laser a condus la crearea de heterostructuri cu confinare separată. In acest model, cristalul acoperit suplimentar cu un strat de material pe fiecare parte. În ciuda indicele de refracție inferior al acestor straturi, acestea dețin cu siguranță particulele care acționează ca un ghid de lumină. SCH Technology este lider în producția de diode laser.
Dioda laser, cu un feedback-ul distribuit (DFB) este o parte a echipamentului optic în domeniul sistemelor de telecomunicații. Lungimea de undă a laserului DFB este constantă, care se realizează prin aplicarea crestături transversale pe o regiune semiconductor p-n-joncțiune. funcții notch ca rețea de difracție, revenind astfel fotonii în rezonator doar cu o singură lungime de undă (predeterminate). Acești fotoni sunt coerente și sunt implicate în amplificare.
Surface diodă emițătoare laser sau vertical cavitatea VCSELs VCSEL (engl. - VCSEL), în contrast cu dispozitivul anterior emite un fascicul de lumină perpendicular pe suprafața cristalului. Design-ul VCSEL se bazează pe metoda de utilizare a microcavități optice verticale cu oglinzi, precum și realizarea metodei GVD și cuantumul bine. Tehnologia VCSEL are avantajul în stabilitatea temperaturii și radiație, capacitatea de producție grup de cristale și testarea lor direct în faza de fabricație.
Modificarea VCSEL este o cavitate externa VCSEL (engl. - VECSEL). Ambele dispozitive de diode laser, sunt poziționate ca o viteză mare pentru a oferi o transmisie de date, în viitor, la viteze de până la 25 Gb / s printr-o legătură de fibră optică.
soiuri de clădiri
Popularizarea diode laser a forțat producătorii să dezvolte noi tipuri de clădiri. În ceea ce privește scopul lor specific de eliberare tot mai multe tipuri noi de protecție și de răcire a cristalului, rezultând într-o lipsă de armonizare. În prezent, nu există standarde internaționale care reglementează diode laser organism.
Încercarea de a restabili ordinea, marii producători încheie între ele un acord privind armonizarea clădirilor. Cu toate acestea, necunoscute la aplicarea practică a diodei laser trebuie să specifice întotdeauna atribuirea terminalului și lungimea de undă a radiației, indiferent de locuințe tip familiar. Printre lasere semiconductoare disponibile comercial sunt întâlnite cel mai frecvent două tipuri, cu următoarele cazuri.
Dispozitivele cu un singur canal optic deschis:
- TO-can (tranzistor-out-line metal poate pachet). Carcasa este făcută din metal și utilizate la fabricarea tranzistoarelor;
- C-mount;
- D-mount.
2 cu dispozitivele de ieșire din fibre:
cerere
Fiecare tip de diodă laser este o aplicație practică, datorită caracteristicilor sale unice. Costul de modele consum redus de energie a scăzut de mai multe ori, după cum reiese din utilizarea lor în jucării și indicii pentru copii. Acestea sunt dotate cu ruleta telemetru laser, care permite unei persoane să efectueze măsurarea distanței și calculele aferente. Pe cititorii de coduri de bare pe bază de laser roșu de lucru, Manipulatori de calculator și DVD-playere. Unele specii sunt folosite în cercetare și pentru pomparea alte lasere.
Rezultatul imbunatatit diode laser a fost de a crește durata de viață, care este acum comparabil cu MTBF de diode emițătoare de lumină. Reduceți pompa de curent creșterea fiabilității dispozitivelor și a contribuției acestora la dezvoltarea progresului tehnic nu este mai mică decât cea a altor componente electronice.
- Descrierea detaliată a aplicației și timer-ul NE555 permite circuitului
- Caracteristici LED-uri
- LED-uri IR: domeniul de aplicare, varietate și de bază specificații
