Какво представлява лазерният диод?
Лазерен диод (полупроводников лазер) е електронно устройство, което използва полупроводников pn преход за преобразуване на тока в светлинна енергия и генериране на лазер. Лазерният диод има отлична насоченост и праволинейност. Като източник на светлина с лесен контрол на енергията, той се използва широко в оптична комуникация, медицинско лечение, сензори, съхранение на данни, свободно време и развлечения. Неговият основен принцип е да използва светлината, генерирана при рекомбинацията на електрони и дупки.
Лазерните диоди се наричат още "полупроводникови лазери". „Лазер“ е акронимът на „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“, което означава „стимулирано излъчване на усилване на светлината“. Дори ако дължината на вълната на естествената светлина и LED светлината е постоянна, тяхната фазова разлика не е постоянна и формата на вълната не е еднаква. Лазерът е "кохерентна" светлина, която усилва само определена дължина на вълната. Кохерентните светлинни източници имат постоянна фазова разлика и постоянна форма на вълната и могат да се използват смущения, за да направят фокуса много малък (няколко um~), така че могат да се използват в различни приложения като оптични превключватели и оптична модулация.
История и развитие
Историята на лазерните диоди започва през 1917 г., когато Алберт Айнщайн за първи път теоретизира феномена на "стимулираното излъчване на радиация", полагайки основата на всички лазерни технологии. По-късно германецът Джон фон Нойман описва концепцията за полупроводникови лазери в непубликуван ръкопис през 1953 г. През 1957 г. американецът Гордън Гулд предлага, че стимулираното излъчване на радиация може да се използва за усилване на светлината и го нарече „ЛАЗЕР (усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на радиация)". По този начин, докато учени от различни страни продължават да напредват в изследванията на лазерите, през 1962 г. се появява хомопреходната структура на полупроводниковия лазер с галиев арсенид (GaAs) и технологията за кохерентна светлина всъщност е проверена. През същата година осцилацията на видимата светлина също беше успешна. Въпреки това, полупроводниковите лазери от тази епоха са имали проблеми с непрекъснатите трептения при стайна температура. През 1970 г. откриването на двойни хетероструктури направи възможна непрекъсната осцилация при стайна температура. След 70-те години полупроводниковата лазерна технология се развива бързо и се използва широко в различни области.
Принципът на излъчване на светлина на лазерните диоди
Лазерните диоди са полупроводникови устройства, които могат да излъчват лазерна светлина с определена дължина на вълната. Основната му структура се състои от pn преход, съставен от p-тип полупроводник и n-тип полупроводник, активен слой, който излъчва светлина, и огледало с покритие, което отразява светлината. Принципът на излъчване на светлина на лазерните диоди е, че когато тече ток, електроните и дупките се рекомбинират и излъчените фотони се усилват в активния слой и се отразяват в резонатора, за да образуват лазерна светлина. Нека първо разберем основната структура и принципа на излъчване на светлина на "светоизлъчващите полупроводници", споделяни от лазерните диоди и светодиодите.
Основна структура и материали на диодите
Полупроводниците са материали с проводимост между "проводници", които провеждат електричество, и "изолатори (непроводници)", които не провеждат лесно електричество. Проводниците включват метални материали като желязо и злато, а изолаторите включват материали като гума и стъкло. Полупроводниците могат да контролират потока на електричество, като ги направят проводими или непроводими. В допълнение, при някои методи на използване може да се извърши преобразуване на енергия между светлинна енергия и електрическа енергия.
Обикновено компонентите на диодите са направени главно от силиций (Si). Силицият (Si) е най-типичният полупроводников материал. Силицият съществува в природата под формата на „силициев диоксид (SiO2: камък, чийто основен компонент е силициев диоксид)“ и е богат на ресурси материал. Той се използва широко в много полупроводникови продукти, защото е лесен за обработка.
Силицият (Si) като полупроводников материал първоначално е изолатор и почти няма свободни електрони като носители. Следователно, чрез добавяне на други примеси към силиций (Si), за да се увеличи концентрацията на носител в силиций (Si), неговата проводимост се увеличава. Полупроводниците, които увеличават носителите чрез добавяне на примеси като това, се наричат "полупроводници с примеси". Носителите включват свободни електрони и свободни дупки. Сред тях полупроводниците, които увеличават свободните електронни носители, се наричат „полупроводници от n-тип“, а полупроводниците, които увеличават свободните носители на дупки, се наричат „полупроводници от тип p“.
* p-тип полупроводник (+: положителен, полупроводник с много дупки), n-тип полупроводник (-: отрицателен, полупроводник с много електрони)
Елементът на диод е структура, в която са свързани p-тип полупроводник и n-тип полупроводник, което се нарича "pn преход". Щифтът на p-тип полупроводник се нарича "анод", а щифтът на n-тип полупроводник се нарича "катод". Токът протича от анода към катода.
Принципът на излъчване на диодна светлина
Когато се приложи напрежение към pn преходен елемент, дупките (положителни) и електроните (отрицателни) се придвижват към прехода и се комбинират. Излишната енергия, генерирана в този момент, се преобразува в светлинна енергия, като по този начин се постига излъчване на светлина. Това явление се нарича "съставна светлинна емисия".
Лазерните диоди могат да бъдат класифицирани според посоката, в която се излъчва светлината.
Edge Emitting Laser (EEL): Структура, която използва повърхността на разцепване на полупроводника като рефлектор за излъчване на светлина от повърхността на разцепване.
Повърхностно излъчващ лазер (SEL): Структура, която излъчва светлина вертикално от повърхността на полупроводниковия субстрат.
Повърхностно излъчващ лазер с вертикална кухина (VCSEL): Оптична резонансна кухина се формира във вертикална посока на повърхността на полупроводниковия субстрат, а излъчваният лазерен лъч е перпендикулярен на повърхността на субстрата. Той има характеристиките на нисък прагов ток, високоскоростна модулация с нисък ток и добра температурна стабилност и се използва широко в оптичните комуникации и сензорните полета.
Тези различни видове лазерни диоди имат различни характеристики и в момента се използват в голямо разнообразие от приложения въз основа на техните характеристики.
Живот на лазерните диоди
Средният живот на лазерните диоди зависи от работната среда (работна температура, статично електричество, шум от захранването и т.н.) и обикновено се смята, че те могат да светят непрекъснато около 10, 000 часа при нормални условия (температура на кутията 25 градуса). Ако работната температура е висока по време на употреба, експлоатационният живот ще бъде съкратен и електростатичният разряд (ESD) също може да причини повреди. В допълнение, пренапреженията и шума, генерирани от захранването, също могат да повредят лазерния елемент.
За да използвате лазерния диод за дълго време, мерки като мерки за разсейване на топлината като радиатори, достатъчни антистатични мерки и мерки против пренапрежение, използването на филтри за шум и контролиране на изхода до необходимия минимум могат ефективно да разширят експлоатационния живот.
Светлината, излъчвана от лазера, има висока плътност на мощността. Ако се използва неправилно, дори малко количество емисия може да причини увреждане на човешкото тяло, което е много опасно. Ето защо трябва да се вземат достатъчни мерки за безопасност преди употреба.
Нашият адрес
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District
Телефонен номер
0086 181 5840 0345
Имейл
info@brandnew-china.com
