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diodos de Laser desempenham um papel importante em nossas vidas diárias. Eles são muito baratos e pequenos. Os diodos Laser são os menores de todos os lasers conhecidos. Seu tamanho é uma fração de milímetro. Os diodos Laser também são conhecidos como lasers semicondutores, lasers de junção, lasers de diodo de junção ou lasers de injeção. Antes de entrar em diodos laser, vamos primeiro olhar para o próprio diodo.
o que é um diodo de junção p-n?
um diodo de junção p-n é um dispositivo semicondutor que permite o fluxo de corrente em apenas uma direção.
o diodo de junção p-n é feito de dois tipos de materiais semicondutores, nomeadamente semicondutores do tipo p e do tipo n. O semicondutor do tipo p é unido com o semicondutor do tipo n para formar uma junção p-n. O dispositivo que resulta da União de um semicondutor do tipo p e do tipo n é chamado de diodo de junção p-n.
o diodo da junção de p-n permite a corrente elétrica na condição dianteira da polarização visto que obstrui a corrente elétrica na condição reversa da polarização.
se o terminal positivo da bateria estiver conectado ao semicondutor do tipo p e o terminal negativo da bateria estiver conectado ao semicondutor do tipo n, diz-se que o diodo é tendencioso para a frente.
Quandoum frente tensão de polarização é aplicada ao diodo, livre de elétrons começam a mover-se do terminal negativo da bateria ao terminal positivo da bateria da mesma forma furos de começar a se mover a partir do terminal positivo da bateria ao terminal negativo da bateria.
devido a esses fluxos de portadores de carga (elétrons livres e orifícios), a corrente elétrica é gerada no diodo de junção p-n.
nos diodos de junção p-n comuns, os elétrons que se movem do tipo N para o tipo p se recombinarão com os orifícios no semicondutor ou junção do tipo P. Da mesma forma, os orifícios que se movem do tipo p para o tipo n Se recombinarão com os elétrons no semicondutor ou junção do tipo n.
sabemos que o nível de energia dos elétrons livres na banda de condução é alto em comparação com os orifícios na banda de Valência. Portanto, os elétrons livres liberarão sua energia extra (energia não radiativa) enquanto se recombinam com os buracos.
nos diodos emissores de luz (LEDs) ou diodos laser, a recombinação ocorre de maneira semelhante. No entanto, os elétrons livres em diodos de LED ou laser liberam energia na forma de luz enquanto se recombinam com os buracos.
o que é um diodo laser?
um diodo laser é um dispositivo optoeletrônico, que converte energia elétrica em energia luminosa para produzir luz coerente de alta intensidade. Em um diodo laser, a junção p-n do diodo semicondutor atua como o meio laser ou meio ativo.
o trabalho do diodo laser é quase semelhante ao diodo emissor de luz (LED). A principal diferença entre o LED e o diodo laser é que o LED emite luz incoerente, enquanto o diodo laser emite luz coerente.
construção do diodo Do Laser
o diodo do laser é feito de duas camadas dopadas do arsenieto do gálio. Uma camada de arsenieto de gálio dopado produzirá um semicondutor do tipo n, enquanto outra camada de arsenieto de gálio dopado produzirá um semicondutor do tipo P. Nos diodos laser, selênio, alumínio e silício são usados como agentes dopantes.
junção P-N
quando uma camada do tipo p é unida com a camada do tipo N, uma junção p-n é formada. O ponto em que as camadas do tipo p e do tipo n são unidas é chamado de junção p-n. A junção p-n separa os semicondutores do tipo p e do tipo n.
para a construção de diodos a laser, o arsenieto de gálio é escolhido sobre o silício. Nos diodos de silício, a energia é liberada durante a recombinação. No entanto, essa liberação de energia não está na forma de luz.
em diodos de arsenieto de gálio, a liberação de energia está na forma de luz ou fótons. Portanto, o arsenieto de gálio é usado para a construção de diodos a laser.
semicondutor do tipo N
adicionar uma pequena porcentagem de átomos estranhos ao semicondutor intrínseco produz um semicondutor do tipo N ou do tipo P.
ifpentavalent impurezas são adicionadas ao semicondutor intrínseco ou puro, um semicondutor do tipo N é produzido. Nos semicondutores do tipo n, Os elétrons livres são os portadores de carga majoritários, enquanto os buracos são os portadores de carga minoritários. Portanto, os elétrons livres carregam a maior parte da corrente elétrica em semicondutores do tipo n.
semicondutor do tipo P
se impurezas trivalentes forem adicionadas ao semicondutor puro, um semicondutor do tipo p é produzido. Em semicondutores do tipo p, os buracos são os portadores de carga majoritários, enquanto os elétrons livres são os portadores de carga minoritários. Portanto, os furos carregam a maior parte da corrente elétrica em semicondutores do tipo P.
os principais passos necessários para produzir um feixe de luz coerente em diodos laser
as principais etapas necessárias para produzir um feixe de luz coerente em diodos lasers são: absorção de luz, emissão espontânea e emissão estimulada.
absorção de energia
absorção de energia é o processo de absorção de energia das fontes de energia externas.
em diodos laser, energia elétrica ou tensão CC é usada como fonte de energia externa. Quando a tensão DC ou energia elétrica fornece energia suficiente para os elétrons de Valência ou elétrons de banda de Valência, eles quebram a ligação com o átomo pai e saltam para o nível de energia mais alto (banda de condução). Os elétrons na banda de condução são conhecidos como elétrons livres.
quando o elétron de Valência deixa a camada de Valência, um espaço vazio é criado no ponto a partir do qual o elétron saiu. Este espaço vazio na concha de Valência é chamado de buraco.
assim, tanto elétrons livres quanto buracos são gerados como um par devido à absorção de energia da fonte DC externa.
emissão espontânea
a emissão espontânea é o processo de emissão de luz ou fótons naturalmente enquanto os elétrons caem para o estado de energia inferior.
em diodos laser, os elétrons da banda de Valência ou elétrons de Valência estão no estado de energia inferior. Portanto, os orifícios gerados após os elétrons de Valência deixados também estão no estado de energia inferior.
por outro lado, os elétrons da banda de condução ou elétrons livres estão no estado de energia mais alta. Em palavras simples, elétrons livres têm mais energia do que buracos.
os elétrons livres na banda de condução precisam perder sua energia extra para se recombinar com os orifícios na banda de Valência.
os elétrons livres na banda de condução não permanecerão por um longo período. Após um curto período, Os elétrons livres se recombinam com os orifícios de energia inferior, liberando energia na forma de fótons.
Emissão Estimulada
a emissão estimulada é o processo pelo qual elétrons excitados ou elétrons livres são estimulados a cair no estado de energia mais baixa, liberando energia na forma de luz. A emissão estimulada é um processo artificial.
Emissão Estimulada, os elétrons excitados ou elétrons livres não precisam esperar pela conclusão de sua vida útil. Antes da conclusão de sua vida, o incidente ou fótons externos forçarão os elétrons livres a se recombinar com os buracos. Na emissão estimulada, cada fóton incidente gerará dois fótons.
todos os fótons gerados devido à emissão estimulada viajarão na mesma direção. Como resultado, um feixe estreito de luz laser de alta intensidade é produzido.
como funciona o diodo laser?
quando a tensão DC é aplicada através do diodo laser, os elétrons livres se movem através da região de junção do material do tipo N para o material do tipo P. Nesse processo, alguns elétrons interagem diretamente com os elétrons de Valência e os excitam para o nível de energia mais alto, enquanto alguns outros elétrons se recombinam com os buracos no semicondutor do tipo p e liberam energia na forma de luz. Esse processo de emissão é chamado de emissão espontânea.
os fótons gerados devido à emissão espontânea viajarão pela região de junção e estimularão os elétrons excitados (elétrons livres). Como resultado, mais fótons são liberados. Este processo de emissão de luz ou fótons é chamado de emissão estimulada. A luz gerada devido à emissão estimulada se move paralelamente à junção.
as duas extremidades da estrutura do diodo laser são opticamente reflexivas. Uma extremidade é totalmente reflexiva, enquanto outra extremidade é parcialmente reflexiva. A extremidade totalmente reflexiva refletirá a luz completamente, enquanto a extremidade parcialmente reflexiva refletirá a maior parte da luz, mas permite uma pequena quantidade de luz.
a luz gerada na junção p-n irá saltar para frente e para trás (centenas de vezes) entre as duas superfícies reflexivas. Como resultado, um enorme ganho óptico é alcançado.
a luz gerada devido à emissão estimulada é escapada através da extremidade parcialmente reflexiva do diodo laser para produzir uma luz laser de feixe estreito.
todos os fótons gerados devido à emissão estimulada viajarão na mesma direção. Portanto, esta luz viajará para longas distâncias sem se espalhar no espaço.
> Vantagens de diodos de laser
- construção Simples
- Leve
- Muito baixo
- tamanho Pequeno
- Altamente confiável em comparação com outros tipos de lasers.
- vida útil Mais Longa
- alta eficiência
- Espelhos não são necessários nos lasers semicondutores.
- Baixo consumo de energia
um disadvantagesof diodos de laser
- Não é adequado para as aplicações onde a alta poderes são necessários.
- semicondutores são altamente dependentes da temperatura.
aplicações de diodos laser
- os diodos Laser são usados em ponteiros laser.
- os diodos do Laser são usados em comunicações da fibra ótica.
- os diodos do Laser são usados nos leitores do código de barras.
- os diodos do Laser são usados na impressão do laser.
- os diodos do Laser são usados na exploração do laser.
- os diodos do Laser são usados nos localizadores da escala.
- os diodos do Laser são usados na espectrometria da absorção do laser.
tipos de diodos
os vários tipos de diodos são os seguintes:
- Zener diode
- Avalanche diode
- Photodiode
- Light Emitting Diode
- Laser diode
- Tunnel diode
- Schottky diode
- Varactor diode
- P-N junction diode