Dioda Laserowa

Diody Laserowe odgrywają ważną rolę w naszym codziennym życiu. Są bardzo tanie i małe. Diody laserowe są najmniejszymi ze wszystkich znanych laserów. Ich rozmiar to ułamek milimetra.
diody laserowe są również znane jako lasery półprzewodnikowe, lasery łącznikowe, lasery diodowe lub lasery wtryskowe. Zanim przejdziemy do diod laserowych, przyjrzyjmy się najpierw samej diodzie.

co to jest dioda przyłączeniowa P-n?

dioda złącza p-n jest urządzeniem półprzewodnikowym, które umożliwia przepływ prądu tylko w jednym kierunku.

dioda złącza p-n wykonana jest z dwóch rodzajów materiałów półprzewodnikowych, a mianowicie półprzewodników typu p i typu N. Półprzewodnik typu p jest połączony z półprzewodnikiem typu n, tworząc złącze p – n. Urządzenie, które wynika z połączenia półprzewodnika typu p i typu N, nazywa się diodą złączową p – n.

dioda złącza p-n umożliwia prąd elektryczny w stanie odchylenia do przodu, podczas gdy blokuje prąd elektryczny w stanie odchylenia wstecznego.

jeśli dodatni zacisk akumulatora jest podłączony do półprzewodnika typu p, a ujemny zacisk akumulatora jest podłączony do półprzewodnika typu n, mówi się, że dioda jest przesunięta do przodu.

gdy napięcie odchylenia do przodu jest przyłożone do Diody, wolne elektrony zaczynają się poruszać z ujemnego zacisku akumulatora do dodatniego zacisku akumulatora podobnie otwory zaczynają się poruszać z dodatniego zacisku akumulatora do ujemnego zacisku akumulatora.

z powodu przepływu nośników ładunku (wolnych elektronów i dziur) w diodzie złącza p-n generowany jest prąd elektryczny.

w zwykłych diodach złącza p – n elektrony poruszające się z Typu N do typu p rekombinują z otworami w półprzewodniku lub złączu typu P. Podobnie, otwory poruszające się od typu p do typu n rekombinują z elektronami w półprzewodniku lub złączu typu N.

wiemy, że poziom energii wolnych elektronów w paśmie przewodnictwa jest wysoki w porównaniu do dziur w paśmie walencyjnym. Dlatego wolne elektrony uwolnią swoją dodatkową energię (energię nie promieniującą) podczas rekombinacji z dziurami.

w diodach elektroluminescencyjnych (LED) lub diodach laserowych rekombinacja odbywa się w podobny sposób. Jednak wolne elektrony w diodach LED lub laserowych uwalniają energię w postaci światła podczas rekombinacji z otworami.

co to jest dioda laserowa?

dioda laserowa jest urządzeniem optoelektronicznym, które przekształca energię elektryczną w energię świetlną, aby wytworzyć koherentne światło o wysokiej intensywności. W diodzie laserowej złącze p-n Diody półprzewodnikowej działa jako medium laserowe lub medium aktywne.

działanie diody laserowej jest prawie podobne do diody elektroluminescencyjnej (LED). Główną różnicą między diodą LED a diodą laserową jest to, że dioda LED emituje niespójne światło, podczas gdy dioda laserowa emituje spójne światło.

konstrukcja diody laserowej

dioda laserowa wykonana jest z dwóch domieszkowanych warstw arsenku galu. Jedna domieszkowana warstwa arsenku galu wytworzy półprzewodnik typu N, podczas gdy inna domieszkowana warstwa arsenku galu wytworzy półprzewodnik typu P. W diodach laserowych selen, aluminium i krzem są stosowane jako środki dopingujące.

złącze P-n

gdy warstwa typu p jest połączona z warstwą typu n, powstaje złącze p-n. Punkt, w którym warstwy typu p i typu N są połączone, nazywa się złączem p – n. Złącze p – n oddziela Półprzewodniki typu p i typu N.

do budowy diod laserowych arsenek galu jest wybierany zamiast krzemu. W diodach krzemowych energia jest uwalniana podczas rekombinacji. Jednak to uwolnienie energii nie jest w postaci światła.

w diodach arsenku galu uwalnianie energii ma postać światła lub fotonów. Dlatego arsenek galu jest używany do budowy diod laserowych.

półprzewodnik typu N

dodanie niewielkiego odsetka obcych atomów do wewnętrznego półprzewodnika powoduje powstanie półprzewodnika typu N lub P.

jeśli do wewnętrznego lub czystego półprzewodnika dodaje się domieszki pigmentowe, Wytwarza się półprzewodnik typu N. W półprzewodnikach typu N wolne elektrony są większościowymi nośnikami ładunku, podczas gdy dziury są mniejszościowymi nośnikami ładunku. Dlatego wolne elektrony przenoszą większość prądu elektrycznego w półprzewodnikach typu N.

półprzewodnik typu P

jeśli do czystego półprzewodnika dodaje się trójwartościowe zanieczyszczenia, Wytwarza się półprzewodnik typu P. W półprzewodnikach typu P, dziury są większościowymi nośnikami ładunku, podczas gdy wolne elektrony są mniejszościowymi nośnikami ładunku. Dlatego otwory przenoszą większość prądu elektrycznego w półprzewodnikach typu P.

podstawowe kroki wymagane do wytworzenia spójnej wiązki światła w diodach laserowych

główne kroki wymagane do wytworzenia spójnej wiązki światła w diodach laserowych to: absorpcja światła, emisja spontaniczna i emisja stymulowana.

Pochłanianie energii

Pochłanianie energii jest procesem pochłaniania energii z zewnętrznych źródeł energii.

w diodach laserowych energia elektryczna lub napięcie DC jest używane jako zewnętrzne źródło energii. Gdy napięcie DC lub energii elektrycznej dostarcza wystarczającą ilość energii do elektronów walencyjnych lub elektronów pasma walencyjnego, zerwać wiązanie z atomem macierzystym i skacze do wyższego poziomu energii (pasmo przewodzenia). Elektrony w paśmie przewodnictwa są znane jako wolne elektrony.

gdy elektron walencyjny opuszcza powłokę walencyjną, powstaje pusta przestrzeń w punkcie, z którego elektron opuścił. Ta pusta przestrzeń w powłoce walencyjnej nazywana jest otworem.

tak więc zarówno wolne elektrony, jak i dziury są generowane jako para z powodu absorpcji energii z zewnętrznego źródła prądu stałego.

emisja spontaniczna

spontaniczna emisja jest procesem emitowania światła lub fotonów w sposób naturalny, podczas gdy elektrony spadają do niższego stanu energetycznego.

w diodach laserowych elektrony pasma walencyjnego lub elektrony walencyjne znajdują się w stanie niższej energii. W związku z tym dziury generowane po elektrony walencyjne lewo są również w niższym stanie energetycznym.

z drugiej strony, elektrony pasma przewodnictwa lub wolne elektrony znajdują się w wyższym stanie energetycznym. W prostych słowach, wolne elektrony mają więcej energii niż dziury.

wolne elektrony w paśmie przewodnictwa muszą stracić swoją dodatkową energię w celu rekombinacji z otworami w paśmie walencyjnym.

wolne elektrony w paśmie przewodnictwa nie pozostaną przez długi czas. Po krótkim czasie wolne elektrony rekombinują z dolnymi otworami energetycznymi, uwalniając energię w postaci fotonów.

stymulowana emisja

stymulowana emisja jest procesem, w którym pobudzone elektrony lub wolne elektrony są stymulowane do wpadnięcia w niższy stan energetyczny poprzez uwolnienie energii w postaci światła. Stymulowana emisja jest procesem sztucznym.

stymulowana emisja, wzbudzone elektrony lub wolne elektrony nie muszą czekać na zakończenie swojego życia. Przed zakończeniem ich życia, incydent lub fotony zewnętrzne zmuszą wolne elektrony do rekombinacji z dziurami. W emisji stymulowanej każdy Foton padający generuje dwa fotony.

wszystkie fotony wytworzone w wyniku pobudzonej emisji będą podróżować w tym samym kierunku. W rezultacie powstaje wąska wiązka światła laserowego o wysokiej intensywności.

jak działa dioda laserowa?

gdy napięcie DC jest przyłożone do diody laserowej, wolne elektrony poruszają się w obszarze połączenia z materiału typu n do materiału typu P. W tym procesie niektóre elektrony bezpośrednio oddziałują z elektronami walencyjnymi i wzbudza je do wyższego poziomu energetycznego, podczas gdy inne elektrony rekombinują z otworami w półprzewodniku typu p i uwalniają energię w postaci światła. Ten proces emisji nazywany jest emisją spontaniczną.

fotony wytworzone w wyniku spontanicznej emisji będą podróżować przez region Złącza i stymulować wzbudzone elektrony (elektrony swobodne). W rezultacie uwalniane są kolejne fotony. Ten proces emisji światła lub fotonów nazywany jest emisją stymulowaną. Światło generowane przez stymulowaną emisję będzie poruszać się równolegle do skrzyżowania.

dwa końce struktury diody laserowej są optycznie odblaskowe. Jeden koniec jest w pełni odblaskowy, podczas gdy drugi koniec jest częściowo odblaskowy. W pełni odblaskowy koniec całkowicie odbije światło, podczas gdy częściowo odblaskowy koniec odbije większość światła, ale pozwala na niewielką ilość światła.

światło generowane w złączu p-n będzie odbijać się tam iz powrotem (setki razy) między dwiema powierzchniami odbijającymi. W rezultacie uzyskuje się ogromny zysk optyczny.

światło generowane przez stymulowaną emisję jest odprowadzane przez częściowo odbijający koniec diody laserowej, aby wytworzyć wąską wiązkę światła laserowego.
wszystkie fotony wytworzone w wyniku pobudzonej emisji będą podróżować w tym samym kierunku. Dlatego to światło będzie podróżować na duże odległości bez rozprzestrzeniania się w przestrzeni.

zalety diod laserowych

1. Prosta konstrukcja
2. lekki
3. bardzo tani
4. mały rozmiar
5. wysoka niezawodność w porównaniu z innymi typami laserów.
6. dłuższa żywotność
7. wysoka sprawność
8. lustra nie są wymagane w laserach półprzewodnikowych.
9. niskie zużycie energii

wady diod laserowych

1. nie nadają się do zastosowań, w których wymagane są duże moce.
2. Półprzewodniki są w dużym stopniu zależne od temperatury.

zastosowania diod laserowych

1. diody laserowe są stosowane w wskaźnikach laserowych.
2. diody laserowe są stosowane w komunikacji światłowodowej.
3. w czytnikach kodów kreskowych stosowane są diody laserowe.
4. diody laserowe są stosowane w druku Laserowym.
5. diody laserowe są stosowane w skanowaniu Laserowym.
6. diody laserowe są stosowane w dalmierzach.
7. diody laserowe są stosowane w laserowej spektrometrii absorpcyjnej.

rodzaje diod

różne typy diod są następujące:

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