Što je laserska dioda?
Laserska dioda (poluvodički laser) je elektronički uređaj koji koristi poluvodički pn spoj za pretvaranje struje u svjetlosnu energiju i stvaranje lasera. Laserska dioda ima izvrsnu usmjerenost i ravnost. Kao izvor svjetlosti s jednostavnom kontrolom energije, naširoko se koristi u optičkoj komunikaciji, liječenju, senzorima, pohranjivanju podataka, slobodnom vremenu i zabavi. Njegovo osnovno načelo je korištenje svjetlosti koja nastaje rekombinacijom elektrona i šupljina.
Laserske diode nazivaju se i "poluvodički laseri". "Laser" je akronim za "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", što znači "stimulirana emisija pojačanja svjetlosti". Čak i ako je valna duljina prirodnog svjetla i LED svjetla konstantna, njihova fazna razlika nije konstantna i valni oblik nije ujednačen. Laser je "koherentna" svjetlost koja samo pojačava određenu valnu duljinu. Koherentni izvori svjetlosti imaju konstantnu faznu razliku i konzistentan valni oblik, a interferencija se može upotrijebiti kako bi se fokus učinio vrlo malim (nekoliko um~), tako da se mogu koristiti u raznim primjenama kao što su optički prekidači i optička modulacija.
Povijest i razvoj
Povijest laserskih dioda započela je 1917. godine, kada je Albert Einstein prvi iznio teoriju o fenomenu "stimulirane emisije zračenja", postavljajući temelje svim laserskim tehnologijama. Kasnije je Nijemac John von Neumann opisao koncept poluvodičkih lasera u neobjavljenom rukopisu 1953. Godine 1957. Amerikanac Gordon Gould predložio je da se stimulirana emisija zračenja može koristiti za pojačavanje svjetlosti i nazvao ga "LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Zračenje)". Na taj način, kako su znanstvenici iz raznih zemalja nastavili napredovati u istraživanju lasera, homospojna struktura poluvodičkog lasera galij arsenida (GaAs) pojavila se 1962. godine, a koherentna svjetlosna tehnologija zapravo je verificirana. Iste godine uspjela je i oscilacija vidljive svjetlosti. Međutim, poluvodički laseri ovog doba imali su problema s kontinuiranim osciliranjem na sobnoj temperaturi. Godine 1970. otkriće dvostrukih heterostruktura omogućilo je kontinuirano osciliranje na sobnoj temperaturi. Nakon 1970-ih, tehnologija poluvodičkih lasera brzo se razvila i naširoko se koristila u raznim područjima.
Princip emitiranja svjetlosti laserskih dioda
Laserske diode su poluvodički uređaji koji mogu emitirati lasersko svjetlo određene valne duljine. Njegovu osnovnu strukturu čini pn spoj koji se sastoji od poluvodiča p-tipa i poluvodiča n-tipa, aktivnog sloja koji emitira svjetlost i obloženog zrcala koje reflektira svjetlost. Načelo emitiranja svjetlosti laserskih dioda je da kada teče struja, elektroni i šupljine se rekombiniraju, a zračeni fotoni se pojačavaju u aktivnom sloju i reflektiraju u rezonatoru da bi formirali lasersko svjetlo. Prvo shvatimo osnovnu strukturu i princip emitiranja svjetla "poluvodiča koji emitiraju svjetlo" koje dijele laserske diode i LED.
Osnovna struktura i materijali dioda
Poluvodiči su materijali s vodljivošću između "vodiča" koji provode električnu struju i "izolatora (nevodiča)" koji ne provode lako električnu struju. Vodiči uključuju metalne materijale poput željeza i zlata, a izolatori uključuju materijale poput gume i stakla. Poluvodiči mogu kontrolirati protok električne energije čineći ih vodljivima ili nevodljivima. Osim toga, u nekim metodama korištenja također se može izvršiti pretvorba energije između svjetlosne i električne energije.
Obično su komponente dioda uglavnom izrađene od silicija (Si). Silicij (Si) je najtipičniji poluvodički materijal. Silicij postoji u prirodi u obliku "silicijeva dioksida (SiO2: kamen čija je glavna komponenta silicijev dioksid)" i materijal je bogat resursima. Naširoko se koristi u mnogim poluvodičkim proizvodima jer se lako obrađuje.
Silicij (Si) kao poluvodički materijal izvorno je izolator i gotovo da nema slobodnih elektrona kao nositelja. Stoga, dodavanjem drugih nečistoća siliciju (Si) kako bi se povećala koncentracija nosača u siliciju (Si), povećava se njegova vodljivost. Poluvodiči koji povećavaju nosioce dodavanjem nečistoća kao što je ovaj nazivaju se "poluvodiči s nečistoćama". Nositelji uključuju slobodne elektrone i slobodne šupljine. Među njima, poluvodiči koji povećavaju nosioce slobodnih elektrona nazivaju se "poluvodičima n-tipa", a poluvodiči koji povećavaju nosioce slobodnih šupljina nazivaju se "poluvodičima tipa p".
* p-tip poluvodiča (+: pozitivan, poluvodič s mnogo rupa), n-tip poluvodiča (-: negativan, poluvodič s mnogo elektrona)
Element diode je struktura u kojoj su spojeni p-tip poluvodiča i n-tip poluvodiča, što se naziva "pn spoj". Igla p-tipa poluvodiča naziva se "anoda", a igla n-tipa poluvodiča naziva se "katoda". Struja teče od anode prema katodi.
Princip emitiranja svjetlosti diode
Kada se napon naprijed primijeni na element pn spoja, rupe (pozitivne) i elektroni (negativni) kreću se prema spoju i spajaju se. Višak energije koji se stvara u tom trenutku pretvara se u svjetlosnu energiju, čime se postiže emisija svjetlosti. Taj se fenomen naziva "složena emisija svjetlosti".
Laserske diode mogu se klasificirati prema smjeru u kojem se svjetlost emitira.
Edge Emitting Laser (EEL): Struktura koja koristi površinu cijepanja poluvodiča kao reflektor za emitiranje svjetlosti s površine cijepanja.
Površinski emitirajući laser (SEL): Struktura koja emitira svjetlost okomito s površine poluvodičkog supstrata.
Površinski emitirajući laser s okomitom šupljinom (VCSEL): optička rezonantna šupljina formira se u okomitom smjeru površine poluvodičke podloge, a emitirana laserska zraka je okomita na površinu podloge. Ima karakteristike struje niskog praga, brze modulacije s niskom strujom i dobru temperaturnu stabilnost te se široko koristi u optičkim komunikacijama i senzorskim poljima.
Ove različite vrste laserskih dioda imaju različite karakteristike i trenutno se koriste u raznim primjenama na temelju svojih karakteristika.
Život laserskih dioda
Prosječni vijek trajanja laserskih dioda ovisi o radnom okruženju (radna temperatura, statički elektricitet, buka napajanja itd.), a općenito se vjeruje da mogu neprekidno svijetliti oko 10,000 sati u normalnim uvjetima (temperatura kućišta 25 stupnjeva). Ako je radna temperatura visoka tijekom uporabe, životni vijek će se skratiti, a elektrostatičko pražnjenje (ESD) također može uzrokovati kvarove. Osim toga, udari i buka koju stvara napajanje također mogu oštetiti laserski element.
Kako bi se laserska dioda koristila dulje vrijeme, mjere kao što su mjere rasipanja topline kao što su odvodi topline, dovoljne antistatičke mjere i mjere protiv prenapona, upotreba filtara buke i kontrola izlaza na potreban minimum mogu učinkovito proširiti životni vijek.
Svjetlo koje emitira laser ima veliku gustoću snage. Ako se koristi nepravilno, čak i mala količina emisije može uzrokovati štetu ljudskom tijelu, što je vrlo opasno. Stoga se prije uporabe moraju poduzeti dovoljne sigurnosne mjere.
Naša adresa
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District
Broj telefona
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
