Lazerinis diodas yra puslaidininkinis įtaisas, skleidžiantis siaurą, stiprų ir sufokusuotą šviesos spindulį. Skirtingai nuo šviesos diodo, jis veikia stimuliuodamas spinduliavimą optinėje ertmėje, suteikdamas jam didesnį kryptingumą ir griežtesnį bangos ilgio valdymą.
Lazerio diodų pagrindai
Lazerinis diodas yra puslaidininkinis įtaisas, kuris elektros energiją paverčia siauru, nuosekliu ir beveik vienspalviu šviesos pluoštu. Kadangi jo išvestis yra labai kryptinga ir intensyvi, ji naudojama ryšių sistemose, jutiklių įrangoje, pramoniniuose įrankiuose, medicinos prietaisuose ir elektronikoje.
Lazeriniai diodai dažnai lyginami su šviesos diodais, nes abu yra puslaidininkiniai šviesos šaltiniai. Pagrindinis skirtumas yra tai, kaip generuojama ir skleidžiama šviesa. Šviesos diodas spontaniškai skleidžia platesnę ir mažiau kryptingą šviesą, o lazerinis diodas naudoja stimuliuotą spinduliavimą optinėje ertmėje, kad sukurtų koncentruotą spindulį su griežtesniu bangos ilgio valdymu.
Lazerinis diodas vs LED
| Funkcija | Lazerinis diodas | Šviesos diodas |
|---|---|---|
| Šviesos srautas | Siauras, sufokusuotas spindulys | Plati, išsklaidyta šviesa |
| Suderinamumas | Aukštas | Žemas |
| Bangos ilgio valdymas | Aptemptas | Platesnis spektrinis plitimas |
| Intensyvumas | Aukštas | Vidutinis |
| Kryptingumas | Stiprus | Silpnas |
| Tipiniai naudojimo būdai | Optinis ryšys, nuskaitymas, jutimas | Indikatoriai, apšvietimas, ekranai |
Lazerio diodo vidinė struktūra ir pluošto formavimas
Pagrindinės dalys ir funkcijos
• P tipo ir n tipo sluoksniai: sudaro puslaidininkių jungtį
• Aktyvi sritis: kur elektronai ir skylės rekombinuojasi, kad generuotų fotonus
• Optinė ertmė: riboja šviesą ir palaiko stiprinimą
• Atspindintys aspektai: atspindėkite fotonus pirmyn ir atgal, kad sukurtumėte lazerio veiksmą
• Kontaktai: perduoda srovę į priekį
• Pakuotė: apsaugo įrenginį ir padeda valdyti šilumą
Tiesioginis ir netiesioginis juostos tarpas
| Medžiagų elgsena | Tiesioginis juostos tarpas | Netiesioginis juostos atotrūkis |
|---|---|---|
| Fotonų emisijos efektyvumas | Aukštas | Žemas |
| Tinkamumas lazeriniams diodams | Geras | Prastas |
| Tipiškas vaidmuo | Šviesos generavimas | Elektronika, ne pirminė lazerio emisija |
Kaip veikia lazerinis diodas?
• Tiesioginė srovė tiekiama per p-n sankryžą
• Elektronai ir skylės įšvirkščiami į aktyviąją sritį
• Rekombinacija gamina fotonus
• Fotonai keliauja išilgai ertmės ašies ir atsispindi tarp briaunų
• Stimuliuota emisija padidina atitinkančių fotonų skaičių
• Optinis stiprinimas didėja tol, kol viršija vidinius nuostolius
• Stiprus spindulys išeina per atspindintį aspektą
Esant mažai srovei, emisija yra silpna ir daugiausia spontaniška. Kai srovė pasiekia slenkstinį lygį, dominuoja stimuliuojama emisija ir prasideda stabilus lazerio veikimas. Optinė ertmė sustiprina teisinga kryptimi sklindančią šviesą, sukurdama stipresnį, siauresnį išėjimo spindulį.
Lazerio diodų išvesties charakteristikos ir našumas
Specifikacijos
| Specifikacija | Praktinė prasmė |
|---|---|
| Bangos ilgis | Nustato spalvą, terpės suderinamumą ir jutimo tinkamumą |
| Ribinė srovė | Minimali srovė, reikalinga lazerio veikimui |
| Tiesioginė įtampa | Elektros veikimo sąlygos visame diode |
| Optinė išėjimo galia | Skleidžiamos šviesos stiprumas |
| Darbinė temperatūra | Turi įtakos stabilumui, efektyvumui ir tarnavimo laikui |
| Šlaitų efektyvumas | Optinės galios pokytis srovės pokyčiui |
| Pakuotės tipas | Turi įtakos montavimui, aušinimui ir integravimui |
Išvesties funkcijos
• Nuoseklus rezultatas
• Beveik vienspalvė šviesa
• Stiprus kryptingumas
• Didelis ryškumas
• Greitas reakcijos greitis
Pagrindiniai lazerinių diodų tipai
| Tipas | Pagrindinis bruožas | Bendrojo naudojimo pirmenybė |
|---|---|---|
| Dviguba heterostruktūra | Geresnis nešiklis ir optinis izoliavimas | Bendras efektyvus lazerio valdymas |
| Kvantinis šulinys | Plona aktyvi sritis pagerina valdymą ir efektyvumą | Didelio našumo kompaktiški įrenginiai |
| Atskira izoliavimo heterostruktūra (SCH) | Atskiria nešiklio ir optinio izoliavimo sritis | Geresnis efektyvumas ir spindulio našumas |
| VCSEL | Vertikalusis išmetamųjų teršalų kiekis iš drožlių paviršiaus | Duomenų jungtys, jutikliai, kompaktiški masyvai |
Lazerio diodo privalumai ir trūkumai
Privalumai ir apribojimai
| Privalumai | Minusai |
|---|---|
| Mažas dydis | Jautrumas temperatūrai |
| Didelis efektyvumas | Akių saugos problemos |
| Fokusuotas spindulys | Reikalingas vairuotojo valdymas |
| Greitas atsakymas | Gali būti sugadintas dėl viršsrovės |
| Geras patikimumas su teisingu dizainu | Šilumos valdymas yra svarbus |
Lazerinių diodų programos
• Šviesolaidinis ryšys
• Brūkšninių kodų skaitytuvai
• Lazeriniai spausdintuvai
• Optinės saugojimo sistemos
• Medicinos instrumentai
• Matavimo įranga
• LiDAR ir diapazono sistemos
• Pramoninio apdorojimo ir derinimo įrankiai
Išvada
Lazeriniai diodai yra pagrindiniai šviesos šaltiniai ryšių, jutimų, medicinos, pramonės ir vartotojų sistemose. Jų veikimas priklauso nuo vidinės struktūros, medžiagos pasirinkimo, išėjimo charakteristikų ir teisingos tvarkyklės grandinės. Kad jie gerai veiktų, jiems taip pat reikia tinkamo srovės valdymo, šilumos valdymo ir saugaus tvarkymo.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Kas yra nuolatinių bangų lazerinis diodas?
Tai lazerinis diodas, kuris nuolat skleidžia šviesą, kol veikia srovė.
Kas yra impulsinis lazerio diodas?
Tai lazerio diodas, skleidžiantis šviesą trumpais pliūpsniais, o ne ištisiniu spinduliu.
Kodėl lazerio diodo spindulį ne visada lengva naudoti tiesiogiai?
Kadangi spindulys dažnai nėra idealiai apvalus ar vienodas, jam formuoti ar sufokusuoti gali prireikti papildomos optikos.
Ar lazerinis diodas laikui bėgant gali susilpnėti?
Taip. Jo optinė galia laikui bėgant gali sumažėti, esant aukštai srovei ar aukštai temperatūrai.
Ar statinė elektra gali sugadinti lazerio diodą?
Taip. Elektrostatinė iškrova gali pažeisti jautrią vidinę puslaidininkinę struktūrą.
Kodėl kai kurie lazeriniai diodai turi monitoriaus fotodiodą?
Tai padeda sekti išvesties šviesą ir palaiko stabilesnį optinį veikimą.
