Ce este dioda laser?
Dioda laser (laser semiconductor) este un dispozitiv electronic care folosește joncțiunea semiconductoare pn pentru a converti curentul în energie luminoasă și a genera laser. Dioda laser are directivitate și dreptate excelentă. Ca sursă de lumină cu control ușor al energiei, este utilizată pe scară largă în comunicarea optică, tratamentul medical, detectarea, stocarea datelor, petrecerea timpului liber și divertisment. Principiul său de bază este utilizarea luminii generate atunci când electronii și găurile se recombină.
Diodele laser sunt numite și „lasere cu semiconductor”. „Laser” este acronimul pentru „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, care înseamnă „emisia stimulată de amplificare a luminii”. Chiar dacă lungimea de undă a luminii naturale și a luminii LED este constantă, diferența lor de fază nu este constantă și forma de undă nu este uniformă. Laserul este lumină „coerentă” care amplifică doar o anumită lungime de undă. Sursele de lumină coerentă au o diferență de fază constantă și o formă de undă consistentă, iar interferența poate fi utilizată pentru a face focalizarea foarte mică (câțiva um~), astfel încât să poată fi utilizate în diverse aplicații, cum ar fi comutatoarele optice și modulația optică.
Istorie și dezvoltare
Istoria diodelor laser a început în 1917, când Albert Einstein a teoretizat pentru prima dată fenomenul „emisiei stimulate de radiații”, punând bazele tuturor tehnologiilor laser. Mai târziu, germanul John von Neumann a descris conceptul de lasere semiconductoare într-un manuscris nepublicat în 1953. În 1957, americanul Gordon Gould a propus că emisia stimulată de radiații ar putea fi folosită pentru a amplifica lumina și a numit-o „LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of). Radiația)". În acest fel, pe măsură ce oamenii de știință din diferite țări au continuat să facă progrese în cercetarea laserelor, structura de homouncție a laserului semiconductor cu arseniură de galiu (GaAs) a apărut în 1962, iar tehnologia luminii coerentă a fost de fapt verificată. În același an, oscilația luminii vizibile a avut succes. Cu toate acestea, laserele cu semiconductor din această epocă au avut probleme cu oscilația continuă la temperatura camerei. În 1970, descoperirea heterostructurilor duble a făcut posibilă oscilația continuă la temperatura camerei. După anii 1970, tehnologia laser cu semiconductor s-a dezvoltat rapid și a fost utilizată pe scară largă în diverse domenii.
Principiul emițător de lumină al diodelor laser
Diodele laser sunt dispozitive semiconductoare care pot emite lumină laser cu o anumită lungime de undă. Structura sa de bază constă dintr-o joncțiune pn compusă dintr-un semiconductor de tip p și un semiconductor de tip n, un strat activ care emite lumină și o oglindă acoperită care reflectă lumina. Principiul emițător de lumină al diodelor laser este că atunci când curge curentul, electronii și găurile se recombină, iar fotonii radiați sunt amplificați în stratul activ și reflectați în rezonator pentru a forma lumina laser. Să înțelegem mai întâi structura de bază și principiul de emitere a luminii a „semiconductorilor care emiță lumină” împărtășite de diodele laser și LED-uri.
Structura de bază și materialele diodelor
Semiconductorii sunt materiale cu conductivitate între „conductori” care conduc electricitatea și „izolatori (neconductori)” care nu conduc cu ușurință electricitatea. Conductorii includ materiale metalice precum fierul și aurul, iar izolatorii includ materiale precum cauciucul și sticla. Semiconductorii pot controla fluxul de electricitate făcându-le conductoare sau neconductoare. În plus, în unele metode de utilizare, se poate realiza și conversia energiei între energia luminoasă și energia electrică.
De obicei, componentele diodelor sunt realizate în principal din siliciu (Si). Siliciul (Si) este cel mai tipic material semiconductor. Siliciul există în natură sub formă de „silice (SiO2: piatră a cărei componentă principală este dioxidul de siliciu)” și este un material bogat în resurse. Este utilizat pe scară largă în multe produse semiconductoare deoarece este ușor de prelucrat.
Siliciul (Si) ca material semiconductor este inițial un izolator și aproape că nu are electroni liberi ca purtători. Prin urmare, prin adăugarea altor impurități la siliciu (Si) pentru a crește concentrația de purtător în siliciu (Si), conductivitatea acestuia este crescută. Semiconductorii care măresc purtătorii prin adăugarea de impurități de acest fel se numesc „semiconductori de impurități”. Purtătorii includ electroni liberi și găuri libere. Printre aceștia, semiconductorii care măresc purtătorii de electroni liberi se numesc „semiconductori de tip n”, iar semiconductorii care măresc purtătorii de găuri libere sunt denumiți „semicoconductori de tip p”.
* semiconductor de tip p (+: pozitiv, semiconductor cu multe găuri), semiconductor de tip n (-: negativ, semiconductor cu mulți electroni)
Elementul unei diode este o structură în care sunt conectate un semiconductor de tip p și un semiconductor de tip n, care se numește „joncțiune pn”. Pinul unui semiconductor de tip p se numește „anod”, iar pinul unui semiconductor de tip n se numește „catod”. Curentul trece de la anod la catod.
Principiul emisiei luminii diode
Când se aplică o tensiune directă unui element de joncțiune pn, găurile (pozitive) și electronii (negativi) se deplasează spre joncțiune și se combină. Excesul de energie generat în acest moment este transformat în energie luminoasă, obținându-se astfel o emisie de lumină. Acest fenomen se numește „emisie de lumină compusă”.
Diodele laser pot fi clasificate în funcție de direcția în care este emisă lumina.
Edge Emitting Laser (EEL): O structură care utilizează suprafața de clivaj a semiconductorului ca reflector pentru a emite lumină de pe suprafața de clivaj.
Laser cu emisie de suprafață (SEL): O structură care emite lumină vertical de la suprafața substratului semiconductor.
Laser cu emisie de suprafață cu cavitate verticală (VCSEL): Se formează o cavitate rezonantă optică pe direcția verticală a suprafeței substratului semiconductor, iar fasciculul laser emis este perpendicular pe suprafața substratului. Are caracteristicile unui curent de prag scăzut, modulare de mare viteză cu curent scăzut și o bună stabilitate a temperaturii și este utilizat pe scară largă în comunicațiile optice și câmpurile senzorilor.
Aceste tipuri diferite de diode laser au caracteristici diferite și sunt utilizate în prezent într-o mare varietate de aplicații pe baza caracteristicilor lor.
Durata de viață a diodelor laser
Durata medie de viață a diodelor laser depinde de mediul de funcționare (temperatura de funcționare, electricitate statică, zgomot de alimentare etc.) și, în general, se crede că acestea pot fi aprinse continuu timp de aproximativ 10,000 ore în condiții normale (temperatura carcasei 25 de grade). Dacă temperatura de funcționare este ridicată în timpul utilizării, durata de viață va fi scurtată, iar descărcarea electrostatică (ESD) poate cauza, de asemenea, defecțiuni. În plus, supratensiunile și zgomotul generate de sursa de alimentare pot deteriora și elementul laser.
Pentru a utiliza dioda laser pentru o lungă perioadă de timp, măsuri precum măsurile de disipare a căldurii, cum ar fi radiatoarele, suficiente măsuri anti-statice și anti-supratensiuni, utilizarea filtrelor de zgomot și controlul ieșirii la minimum necesar se pot extinde efectiv. durata de viață.
Lumina emisă de laser are o densitate mare de putere. Dacă este utilizată necorespunzător, chiar și o cantitate mică de emisie poate provoca vătămări corpului uman, ceea ce este foarte periculos. Prin urmare, înainte de utilizare trebuie luate suficiente măsuri de siguranță.
Adresa noastră
B-1507 Conacul Ruiding, nr.200 Zhenhua Rd, districtul Xihu
Număr de telefon
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
