Struktura laserów diodowych i półprzewodnikowych
Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o strukturze laserów diodowych / półprzewodnikowych. Dowiedz się także o jego zasadzie działania.
Lasery te należą jednak do kategorii laserów na ciele stałym, różnią się znacznie pod względem szczegółów działania od innych laserów na ciele stałym, takich jak lasery ruby i Nd: YAG, są więc traktowane jako osobny typ.
Laser półprzewodnikowy to w zasadzie dioda pin. Złącze szpilkowe jest utworzone przez połączenie półprzewodników typu p i typu n w kontakt ze sobą z wewnętrzną aktywną warstwą pomiędzy nimi. Kiedy prąd elektryczny przepuszczany jest przez takie urządzenie, światło laserowe wychodzi z obszaru połączenia. Moc wyjściowa jest ograniczona, ale niski koszt, niewielkie rozmiary i stosunkowo wysoka sprawność sprawiają, że lasery te doskonale nadają się do różnych zastosowań.
Lasery te są podobne w konstrukcji do tranzystora lub diody półprzewodnikowej. Konwencjonalny laser półprzewodnikowy z użyciem galu, arsenu i aluminium zwykle emituje impulsy podczerwone o długości fali od 0, 8 do 0, 9 μm z mocą rzędu watów. Badania nowych materiałów, na przykład indu i fosforu, zaowocowały wiązką laserową o dłuższych długościach fali od 1, 1 do 1, 6 μm, co zwiększa efektywność transmisji światła w światłowodach.
Najnowsze badania w dziedzinie laserów półprzewodnikowych zaowocowały opracowaniem wiązki laserowej o krótszej długości fali, takiej jak widzialna, szczególnie z czerwonego obszaru widma. Rys. 14.43 pokazuje podstawową koncepcję konfiguracji półprzewodnika lub lasera diodowego.
Od czasu swojego wynalazku w 1962 roku laser półprzewodnikowy przeszedł długą drogę, choć w wolnym tempie. Ten powolny postęp w tej dziedzinie można przypisać brakowi technik wytwarzania półprzewodnikowych materiałów o pożądanej czystości i braku elektroniki półprzewodnikowej.
Jednakże niedawny wzrost w tej dziedzinie jest bardzo obiecujący, a lasery półprzewodnikowe mają zastąpić konwencjonalne lasery półprzewodnikowe i gazowe. Dzieje się tak dlatego, że oferują one wiele unikalnych zalet, np. Kompaktowe wymiary, wysoką sprawność (do 20%), niezdolność fali, niskie zużycie energii, możliwość bezpośredniej modulacji wyjściowej i kompatybilność z masową produkcją.
Zasada działania:
Laser półprzewodnikowy to dwupoziomowy system laserowy. Górny stan lasera jest pasmem przewodzenia, a stanem dolnym jest pasmo walencyjne. Promień lasera emitowany jest ze szczeliny pasma półprzewodnika. Aby rozpocząć akcję, należy uzyskać wystarczający zysk poprzez inwersję populacji między falbanką a markami przewodnictwa. Taką inwersję populacji można wytworzyć przez zewnętrzne pompowanie za pomocą laserów, wiązek elektronów lub lamp błyskowych; jednak w większości dostępnych na rynku laserów półprzewodnikowych wpływ na to ma wewnętrzne pompowanie, tj. elektryczne pompowanie za pomocą złącza PN.
Istnieje wiele projektów laserów półprzewodnikowych. Niektóre z ważniejszych obejmują:
1. Lasery o rozproszonym sprzężeniu zwrotnym (DFB).
2. Lasery sprzężone z kawą.
3. Lasery kwantowe.
4. Lasery powierzchniowe.
5. Lasery podczerwieni i widzialne wiązki laserowe.
Strukturalnie różne typy są następujące:
(i) Lasery szerokokątne,
(ii) Lasery ze wspomaganiem,
(iii) cotygodniowe lasery indeksowane,
(a) Lasery sterowane falą falową,
(b) Lasery z prowadzeniem falowym,
(iv) Silnie lasery indeksowane.
Moc wyjściowa laserów półprzewodnikowych / diodowych wynosi od 1 mW dla pojedynczych laserów do 0, 5 W dla fazowo zablokowanych układów diod wbudowanych we wspólne podłoże. Wydajność może wynosić nawet 20% dla laserów diodowych. Lasery te mogą działać zarówno w trybie fali ciągłej (CW), jak i fali pulsacyjnej (PW) przy wysokich częstotliwościach powtarzania.
