Естественный белый свет состоит из всех цветов VIBGYOR видимого светового спектра, который представляет собой широкую полосу множества различных частот. Обычные светодиоды дают световой поток, часто состоящий из одного цвета, но даже этот свет содержит электромагнитные волны, которые покрывают довольно широкий диапазон частот. Система линз, фокусирующая свет, имеет фиксированное фокусное расстояние, но фокусное расстояние, необходимое для фокусировки различных длин волн (цветов) света, отличается. Следовательно, каждый цвет будет фокусироваться в разных точках, вызывая «хроматическую аберрацию». В лазерный диод свет содержит только одну частоту. Таким образом, его можно сфокусировать даже с помощью простой системы линз на очень маленькую точку. Хроматическая аберрация отсутствует, поскольку существует только одна длина волны, а также вся энергия от источника света концентрируется в очень маленьком пятне света. LASER - это аббревиатура от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Хроматическая аберрация

Конструкция лазерного диода

На приведенном выше рисунке показана упрощенная конструкция лазерного диода, которая похожа на светоизлучающий диод (LED) . В нем используется арсенид галлия, легированный такими элементами, как селен, алюминий или кремний, для производства P-типа и N-типа. полупроводниковые материалы . В то время как лазерный диод имеет дополнительный активный слой нелегированного (собственного) арсенида галлия толщиной всего несколько нанометров, зажатый между слоями P и N, эффективно создавая PIN-диод (тип P-тип Intrinsic-N) . Именно в этом слое излучается лазерный свет.

Конструкция лазерного диода

Как работает лазерный диод?

Согласно квантовой теории, каждый атом может иметь энергию только в пределах определенного дискретного уровня энергии. Обычно атомы находятся в состоянии с наименьшей энергией или в основном состоянии. Когда источник энергии передан атомам в основном состоянии, их можно возбудить, чтобы перейти на один из более высоких уровней. Этот процесс называется абсорбцией. Пребывая на этом уровне в течение очень короткого промежутка времени, атом возвращается в свое исходное основное состояние, при этом испуская фотон. Этот процесс называется спонтанным излучением. Эти два процесса, поглощение и спонтанное излучение, происходят в обычном источнике света.

“принцип работы пьезоэлектрического датчика давления ”

Принцип действия лазера

В случае, если атом, все еще находящийся в возбужденном состоянии, сталкивается с внешним фотоном, имеющим в точности энергию, необходимую для спонтанного излучения, внешний фотон увеличивается на фотон, отданный возбужденным атомом. Более того, оба фотона высвобождаются из одно и то же возбужденное состояние в той же фазе. Этот процесс, называемый вынужденным излучением, является основополагающим для лазерного воздействия (показано на рисунке выше). В этом процессе ключевым моментом является фотон, имеющий точно такую же длину волны, что и у излучаемого света.

Амплификация и инверсия населения

Когда создаются благоприятные условия для стимулированного излучения, все больше и больше атомов вынуждены испускать фотоны, тем самым инициируя цепную реакцию и высвобождая огромное количество энергии. Это приводит к быстрому накоплению энергии излучения одной конкретной длины волны (монохроматический свет), когерентно распространяющейся в определенном фиксированном направлении. Этот процесс называется усилением за счет стимулированного излучения.

Число атомов на любом уровне в данный момент времени называется населением этого уровня. Обычно, когда материал не возбуждается извне, населенность нижнего уровня или основного состояния больше, чем заселенность верхнего уровня. Когда населенность верхнего уровня превышает населенность нижнего уровня, что является инверсией нормальной занятости, этот процесс называется инверсией населенности. Эта ситуация важна для лазерного воздействия. Для любого стимулированного излучения.

Необходимо, чтобы верхний энергетический уровень или встречающееся стабильное состояние имело длительное время жизни, то есть атомы должны останавливаться в достигнутом стабильном состоянии на большее время, чем на нижнем уровне. Таким образом, для лазерного воздействия механизм накачки (возбуждение внешним источником) должен быть таким, чтобы поддерживать более высокую населенность атомов на верхнем уровне энергии по сравнению с таковым на нижнем уровне.

Управление лазерным диодом

Лазерный диод работает при гораздо более высоком токе, обычно примерно в 10 раз больше, чем обычный светодиод. На рисунке ниже сравнивается световой поток обычного светодиода и лазерного диода. В светодиодах световой поток постоянно увеличивается с увеличением тока диода. Однако в лазерном диоде лазерный свет не излучается до тех пор, пока текущий уровень не достигнет порогового уровня, когда начинает возникать вынужденное излучение. Пороговый ток обычно составляет более 80% от максимального тока, который устройство пройдет до того, как оно будет разрушено! По этой причине ток через лазерный диод необходимо тщательно регулировать.

Сравнение светодиода

Другая проблема заключается в том, что испускание фотонов очень зависит от температуры, диод уже работает на пределе своих возможностей и поэтому нагревается, поэтому изменяется количество излучаемого света (фотоны) и ток диода. К тому времени, как лазерный диод заработает эффективно, он уже находится на грани катастрофы! Если ток уменьшается и становится ниже порогового значения, стимулированное излучение прекращается, если ток слишком велик, и диод разрушается.

Поскольку активный слой заполнен колеблющимися фотонами, некоторая часть (обычно около 60%) света уходит узким плоским лучом с края диодного кристалла. Как показано на рисунке ниже, часть остаточного света также выходит на противоположный край и используется для активировать фотодиод , который преобразует свет обратно в электрический ток. Этот ток используется в качестве обратной связи для схемы автоматического управления диодом, для измерения активности в лазерном диоде и, таким образом, путем контроля тока через лазерный диод убедитесь, что ток и светоотдача остаются на постоянном и безопасном уровне.

Управление лазерным диодом

Применение лазерного диода

Модули с лазерными диодами идеально подходят для таких приложений, как наука о жизни, промышленное или научное приборостроение. Доступны лазерные диодные модули с широким спектром длин волн, выходной мощности и формы луча.

Маломощные лазеры используются во все большем числе привычных приложений, включая проигрыватели и записывающие устройства CD и DVD, считыватели штрих-кодов, системы безопасности, оптические коммуникации и хирургические инструменты.

Промышленное применение: Гравировка, резка, разметка, сверление, сварка и т. Д.
Медицинские приложения: удаление нежелательных тканей, диагностика раковых клеток с помощью флуоресценции, стоматологические препараты. В целом результаты с использованием лазера лучше, чем результаты с использованием хирургического ножа.

Лазерные диоды, используемые для телекоммуникаций: В области телекоммуникаций лазерные диоды диапазона 1,3 мкм и 1,55 мкм, используемые в качестве основного источника света для лазеров на кварцевом волокне, имеют меньшие потери передачи в этом диапазоне. Лазерный диод с другой полосой используется в качестве источника накачки для оптического усиления или для оптического канала ближнего действия.

Таким образом, это все о Конструкция лазерного диода и его использование. Если вы заинтересованы в строительство светодиодных проектов самостоятельно, тогда вы можете обратиться к нам, разместив свои запросы или новаторские идеи в разделе комментариев ниже. Вот вопрос для вас, Какова функция лазерного диода?