Izum polprevodniške laserske diode si zasluženo velja za enega najboljših dosežkov na področju fizike v drugi polovici prejšnjega stoletja. Neodvisni razvoj sovjetskih in ameriških znanstvenikov na področju optičnih sevanj trdnih materialov, izvedenih pred več kot pol stoletja, danes kažejo svojo učinkovitost na domačem, industrijskem in vojaškem področju.
Za razliko od svetlečih diod, katerih delo temelji na spontani emisiji fotonov, imajo laserske diode bolj kompleksen princip delovanja in kristalno strukturo.
Načelo dela
Da bi razumeli, kje se pojavijo fotoni, razmislimo o procesu rekombinacije (izginotje para prostih nosilcev - elektrona in luknje). Pri uporabi neposredne napetosti na p-n prehodu diode pride do vbrizgavanja, tj. Velikega povečanja koncentracije neenakomernih nosilcev. V procesu injiciranja, ki se gibljejo drug proti drugemu, se elektroni in luknje rekombinirajo, izločajo energijo v obliki delca - fotona in kvazičnikov - fononov. Tako opazimo spontano sevanje v LED.
V primeru laserske diode namesto spontane, je potrebno zagnati mehanizem prisilnega sevanja fotonov z enakimi parametri. V ta namen se iz kristala tvori optični resonator, skozi katerega se foton z določeno frekvenčno silo rekombinira elektronske nosilce, kar prispeva k pojavu novih fotonov iste polarizacije in faze. Imenujejo se koherentni.
V tem primeru je laserska generacija mogoča le v primeruprisotnost prevelikega števila elektronskih nosilcev na zgornji ravni energije, ki se sprosti z vbrizgavanjem. V ta namen se tok črpanja takšne sile uporablja za vzbujanje inverzije elektronskih populacij. Pod tem pojavom mislimo na stanje, v katerem je zgornja raven mnogo bolj poseljena z elektroni kot spodnja. Posledično se stimulira sevanje koherentnih fotonov.
Poleg tega se taki fotoni vedno znova odbijajo od obrazov optičnega resonatorja, kar povzroča pozitivno povratno zanko. Ta pojav je plazovit, kar ima za posledico laserski žarek. Tako je za ustvarjanje katerega koli optičnega generatorja, vključno z lasersko diodo, potrebno izpolnjevanje dveh pogojev:
- prisotnost koherentnih fotonov;
- organizacijo pozitivne optične povratne zveze (POS).
Da se prepreči razpršitev oblikovanega žarka zaradi difrakcije, se naprava sestavi z lečo. Vrsta objektiva je odvisna od vrste laserja.
Vrste laserskih diod
Laserska dioda je skozi leta doživela veliko sprememb. Njegova zasnova se je izboljšala, predvsem zaradi razvoja visokotehnološke opreme. Najvišja natančnost dopiranja in poliranja polprevodniškega kristala, kot tudi izdelava modelov Heterostrukture, so dejavniki, ki zagotavljajo visok koeficient refleksije na meji kristalnega zraka in nastanek koherentnega sevanja.
Prva laserska dioda (dioda s homostrukturo) je imela en p-n prehod in bi lahkozaradi hitrega pregrevanja kristala deluje izključno v pulznem načinu. Ima le zgodovinski pomen in se v praksi ne uporablja.
Dvojna heterostrukturna laserska dioda (DSO dioda) je bila bolj učinkovita. Njegov kristal temelji na dveh heterostrukturah. Vsaka heterostruktura je material (galijev arzenid in galijev aluminijev arzenid) z majhno širino pasovne vrzeli, ki se nahaja med plasti z večjo širino pasu. Prednost laserske diode DGS je bistveno povečati koncentracijo multipolarnih nosilcev v tankem sloju, kar močno pospeši manifestacijo pozitivne povratne zveze. Poleg tega odsev fotonov iz heterotočkov povzroči zmanjšanje njihove koncentracije na področju nizkega ojačanja in s tem povečuje učinkovitost celotne naprave.
Laserska dioda s kvantnimi jamicami je razporejena v skladu z načelom diode DGS, vendar z bolj subtilno aktivno regijo. To pomeni, da se osnovni delci, ki padajo v takšno potencialno jamo, začnejo premikati v eni ravnini. Učinek kvantizacije v tem primeru nadomešča potencialno pregrado in služi kot generator sevanja.
Nezadostna učinkovitost vzdrževanja svetlobnega toka v diodah DGS je povzročila nastanek heterostrukturnih laserjev z ločeno vsebino. Pri tem modelu je kristal dodatno prekrit s plastjo materiala z vsake strani. Kljub nižjem količniku lomov teh plasti, samozavestno držijo delce, ki delujejo kot lahki. Tehnologija SCH ima vodilno vlogo pri proizvodnji diodelaserji
Laser dioda (RIS) je del optične opreme na področju konstrukcije telekomunikacijskih sistemov. Laserska valovna dolžina ROS laserja je konstanta, ki jo dosežemo z uporabo prečnega vložka v polprevodniku v območju p-n-stika. Incizija opravlja funkcijo difrakcijske mrežice, s čimer fotone spremeni v resonator le iz ene (podane) valovne dolžine. Ti koherentni fotoni so vključeni v ojačanje.
Površinsko nameščena laserska dioda z vertikalno votlino ali vertikalno oddajajočim laserjem (VCSEL) v nasprotju s prej upoštevanimi napravami oddaja svetlobni žarek, ki je pravokoten na površino kristala. Zasnova VCSEL temelji na uporabi vertikalnih optičnih mikrorezuratorjev z ogledali, pa tudi na doseganju DHS in kvantnih jam. Prednost tehnologije VCSEL je stabilnost temperature in sevanja, možnost skupinske proizvodnje kristalov in njihovo testiranje neposredno v fazi izdelave.
Sprememba VCSEL je HIV z zunanjim resonatorjem (ENG - VECSEL). Obe laserski diodi sta nameščeni kot hitre naprave z možnostjo prenosa podatkov v prihodnosti s hitrostjo do 25 Gb /s preko optične komunikacije.
vrste primerov
Popularizacija laserskih diod je proizvajalce prisilila, da samostojno razvijajo nove vrste primerov. Ob upoštevanju njihovega posebnega namena je podjetje izdalo vedno več novih vrst zaščite in hlajenja kristalapovzročila pomanjkanje poenotenja. Trenutno ni mednarodnih standardov, ki bi urejali primer laserskih diod.
Poskušam uvesti red, veliki proizvajalci sklenejo sporazum o poenotenju stavb. Vendar pa je pred praktično uporabo neznane laserske diode vedno potrebno pojasniti namen zaključkov in valovno dolžino sevanja kljub znani vrsti telesa. Med komercialno dostopnimi polprevodniškimi laserji se najpogosteje srečata dve vrsti z naslednjimi primeri.
1 Naprave z odprtim optičnim kanalom:
- TO-can (kovinsko-kovinska embalaža za tranzistor-out-line). Ohišje je izdelano iz kovine in se uporablja pri izdelavi tranzistorjev;
- C-mount;
- D-nosilec.
2 Naprave z optičnimi vlakni:
- DIL (Dual-In-Line);
- DBUT (dvojni metulj);
- SBUT (enojni metulj).
uporaba
Vsaka vrsta laserske diode je zaradi svoje edinstvene značilnosti praktično uporabna. Stroški vzorcev z nizko porabo so se občasno zmanjšali, kar dokazuje njihova uporaba v otroških igračah in kazalec. Opremljeni so z lasersko ruleto, ki omogoča eni osebi, da prevozi razdalje in s tem povezane izračune. Delo na bralnikih črtnih kod, računalniških manipulatorjih in DVD predvajalnikih temelji na rdečih laserjih. Nekatere vrste se uporabljajo pri izvajanju raziskav in črpanju drugih laserjev.
Najbolj iskane laserske diode za prenos podatkov v optičnih omrežjih. Novi modeli VCSEL zagotavljajo hitrost odpiranja 10 Gb /sdodatne funkcije za kompleks telekomunikacijskih storitev, vključno z:
- prispevajo k rasti hitrosti interneta;
- izboljšanje telefonske in video komunikacije;
- poveča kakovost televizijskega sprejema.
Izboljšanje laserske diode je imelo za posledico podaljšano življenjsko dobo, ki je zdaj primerljiva z zamudno odpovedjo svetlečih diod. Zmanjšanje toka črpalke je povečalo zanesljivost naprav in njihov prispevek k razvoju tehničnega napredka ni manjši od drugih elektronskih komponent.
