Laserdiode

Laserdioder spiller en viktig rolle i hverdagen. De er veldig billige og små. Laserdioder er de minste av alle kjente lasere. Deres størrelse er en brøkdel av en millimeter.
Laserdioder er også kjent som halvlederlasere, krysslasere, kryssdiodelasere eller injeksjonslasere. Før vi går inn i laserdioder, la oss først se på dioden selv.

Hva er en pn junction diode?

en pn junction diode er en halvleder enhet som tillater strømmen av strøm i bare en retning.

p-n-kryssdioden er laget av to typer halvledermaterialer, nemlig p-type og n-type halvleder. P-type halvleder er forbundet med n-type halvleder for å danne et p-n-kryss. Enheten som kommer fra sammenføyning av en p-type og n-type halvleder kalles en p-n-kryssdiode.

pn junction diode tillater elektrisk strøm i forover bias tilstand mens den blokkerer elektrisk strøm i omvendt bias tilstand.

hvis den positive terminalen på batteriet er koblet til p-type halvleder og den negative terminalen på batteriet er koblet til n-type halvleder, sies dioden å være foroverspent.

Når en foroverspenningsspenning påføres dioden, begynner frie elektroner å bevege seg fra batteriets negative terminal til batteriets positive terminal på samme måte begynner hullene å bevege seg fra batteriets positive terminal til batteriets negative terminal.

på grunn av disse strømmen av ladningsbærere (frie elektroner og hull) genereres elektrisk strøm i pn-kryssdioden.

i vanlige p-n-koblingsdioder vil elektronene som beveger seg fra n-type til p-type rekombinere med hullene i p-type halvleder eller kryss. Tilsvarende vil hullene som beveger seg fra p-type til n-type, rekombinere med elektronene i n – type halvleder eller kryss.

vi vet at energinivået av frie elektroner i ledningsbåndet er høyt i forhold til hullene i valensbåndet. Derfor vil de frie elektronene frigjøre sin ekstra energi (ikke-strålingsenergi) mens de rekombinerer med hullene.

Inthe lysemitterende dioder (Lysdioder) eller laserdioder, rekombinasjonen foregår på lignende måte. Imidlertid frigjør de frie elektronene I LED-eller laserdioder energi i form av lys mens de rekombinerer med hullene.

Hva er en laserdiode?

en laserdiode er en optoelektronisk enhet som konverterer elektrisk energi til lysenergi for å produsere høy intensitet sammenhengende lys. I en laserdiode fungerer pn-krysset til halvlederdioden som lasermedium eller aktivt medium.

arbeidet til laserdioden er nesten lik den lysemitterende dioden (LED). Hovedforskjellen MELLOM LED og laserdiode er AT LYSDIODEN avgir usammenhengende lys mens laserdioden avgir sammenhengende lys.

Laserdiodekonstruksjon

laserdioden er laget av to dopede galliumarsenidlag. Et dopet galliumarsenidlag vil produsere en n-type halvleder, mens et annet dopet galliumarsenidlag vil produsere en p-type halvleder. I laserdioder brukes selen, aluminium og silisium som dopingmidler.

Pn-kryss

når et p-type lag er forbundet med n-type laget, dannes et pn-kryss. Punktet hvor lagene p-type og n-type er sammenføyet kalles p-n-kryss. Pn-krysset skiller p-type og n-type halvledere.

for bygging av laserdioder velges galliumarsenid over silisium. I silisiumdioder frigjøres energien under rekombinasjon. Denne frigjøringen av energi er imidlertid ikke i form av lys.

i galliumarseniddioder er frigjøringen av energi i form av lys eller fotoner. Derfor brukes galliumarsenid til bygging av laserdioder.

n-type semiconductor

Å Legge til en liten prosentandel av fremmede atomer i den indre halvlederen produserer en n-type eller p-type halvleder.

Hvispentavalente urenheter tilsettes til den indre eller rene halvleder, produseres en n-type halvleder. I n-type halvledere er frie elektroner de fleste ladningsbærere mens hull er minoritetsbærerne. Derfor bærer frie elektroner det meste av den elektriske strømmen i n-type halvledere.

p-type semiconductor

hvis trivalente urenheter blir tilsatt til den rene halvlederen, produseres en p-type halvleder. I p-type halvledere er hull de fleste ladningsbærere mens frie elektroner er minoritetsbærerne. Derfor bærer hull det meste av elektrisk strøm i p-type halvledere.

Hovedtrinnene som kreves for å produsere en sammenhengende lysstråle i laserdioder

hovedtrinnene som kreves for å produsere en sammenhengende lysstråle i laserdioder er: lysabsorpsjon, spontan utslipp og stimulert utslipp.

Energiabsorpsjon

Energiabsorpsjon er prosessen med å absorbere energi fra eksterne energikilder.

i laserdioder brukes elektrisk energi eller LIKESPENNING som ekstern energikilde. NÅR LIKESPENNINGEN eller elektrisk energi leverer nok energi til valenselektronene eller valensbåndselektronene, bryter de bindingen med foreldreatomet og hopper inn i det høyere energinivået (ledningsbåndet). Elektronene i ledningsbåndet er kjent som frie elektroner.

når valenselektronen forlater valensskallet, opprettes et tomt rom på det punktet som elektronen forlot. Denne tomme plassen i valensskallet kalles et hull.

dermed genereres både frie elektroner og hull som et par på grunn av absorpsjon av energi fra den eksterne DC-kilden.

Spontan emisjon

Spontanutslipp er Prosessen med å sende lys eller fotoner naturlig mens elektroner faller til lavere energitilstand.

i laserdioder er valensbåndet elektroner eller valenselektroner i lavere energitilstand. Derfor er hullene som genereres etter at valenselektronene er igjen, også i lavere energitilstand.

på den annen side er ledningsbåndelektronene eller frie elektroner i høyere energitilstand. I enkle ord har frie elektroner mer energi enn hull.

de frie elektronene i ledningsbåndet må miste sin ekstra energi for å rekombinere med hullene i valensbåndet.

de frie elektronene i ledningsbåndet vil ikke forbli i lang tid. Etter en kort periode rekombinerer de frie elektronene med de nedre energihullene ved å frigjøre energi i form av fotoner.

Stimulert emisjon

Stimulert Emisjon Er prosessen der eksiterte elektroner eller frie elektroner stimuleres til å falle inn i den lavere energitilstanden ved å frigjøre energi i form av lys. Den stimulerte utslipp er en kunstig prosess.

Stimulert utslipp, de spente elektronene eller frie elektronene trenger ikke vente på ferdigstillelse av deres levetid. Før fullførelsen av levetiden vil hendelsen eller eksterne fotoner tvinge de frie elektronene til å rekombinere med hullene. I stimulert utslipp vil hver hendelsesfoton generere to fotoner.

Alle fotonene som genereres på grunn av stimulert utslipp, vil reise i samme retning. Som et resultat produseres en smal stråle med høy intensitet laserlys.

hvordan laserdiode fungerer?

NÅR LIKESPENNING påføres over laserdioden, beveger de frie elektronene seg over kryssområdet fra n-type materiale til p-type materiale. I denne prosessen vil noen elektroner direkte samhandle med valenselektronene og opphisse dem til høyere energinivå, mens noen andre elektroner vil rekombinere med hullene i p-type halvleder og frigjør energi i form av lys. Denne prosessen med utslipp kalles spontan utslipp.

fotonene som genereres på grunn av spontan utslipp, vil reise gjennom kryssregionen og stimulere de spente elektronene (frie elektroner). Som et resultat blir flere fotoner utgitt. Denne prosessen med lys eller fotoner utslipp kalles stimulert utslipp. Lyset som genereres på grunn av stimulert utslipp, beveger seg parallelt med krysset.

de to ender av laserdiodestrukturen er optisk reflekterende. Den ene enden er helt reflekterende, mens den andre enden er delvis reflekterende. Den fullt reflekterende enden reflekterer lyset helt, mens den delvis reflekterende enden reflekterer det meste av lyset, men gir en liten mengde lys.

lyset som genereres i pn-krysset, vil sprette frem og tilbake (hundrevis av ganger) mellom de to reflekterende flatene. Som et resultat oppnås en enorm optisk gevinst.

lyset som genereres på grunn av den stimulerte utslipp, rømmes gjennom den delvis reflekterende enden av laserdioden for å produsere et smalt strålelaserlys.
alle fotonene som genereres på grunn av stimulert utslipp, vil reise i samme retning. Derfor vil dette lyset reise til lange avstander uten å spre seg i rommet.

Fordeler med laserdioder

1. Enkel konstruksjon
2. Lettvekt
3. Veldig billig
4. Liten størrelse
5. Svært pålitelig sammenlignet med andre typer lasere.
6. Lengre levetid
7. Høy effektivitet
8. Speil er ikke nødvendig i halvlederlaserne.
9. Lavt strømforbruk

Ufordelingerav laserdioder

1. ikke egnet for applikasjoner der høye krefter kreves.
2. Halvledere er svært avhengige av temperatur.

Anvendelser av laserdioder

1. Laserdioder brukes i laserpekere.
2. Laserdioder brukes i fiberoptisk kommunikasjon.
3. Laserdioder brukes i strekkodelesere.
4. Laserdioder brukes i laserutskrift.
5. Laserdioder brukes i laserskanning.
6. Laserdioder brukes i avstandsmålere.
7. Laserdioder brukes i laserabsorpsjonsspektrometri.

Typer Dioder

de forskjellige typer dioder er som følger:

1. Zener diode
2. Avalanche diode
3. Photodiode
4. Light Emitting Diode
5. Laser diode
6. Tunnel diode
7. Schottky diode
8. Varactor diode
9. P-N junction diode