Rad laserske diode i njegove primjene

Rad laserske diode i njegove primjene

Prirodno bijelo svjetlo sastoji se od svih VIBGYOR boja spektra vidljive svjetlosti, što je široki široki pojas s mnogo različitih frekvencija. Uobičajene LED diode daju svjetlosni izlaz koji se često sastoji od jedne boje, ali čak i to svjetlo sadrži elektromagnetske valove koji pokrivaju prilično širok opseg frekvencija. Sustav leća koji fokusira svjetlost ima fiksnu žarišnu duljinu, ali žarišna duljina potrebna za fokusiranje različitih valnih duljina (boja) svjetlosti je različita. Stoga će se svaka boja fokusirati na različitim točkama, uzrokujući 'kromatsku aberaciju'. The lasersko diodno svjetlo sadrži samo jednu frekvenciju. Stoga ga i jednostavan sustav leća može usmjeriti na izuzetno malu točku. Ne postoji kromatska aberacija jer postoji samo jedna valna duljina, također se sva energija iz izvora svjetlosti koncentrira u vrlo malo svjetlosno mjesto. LASER je akronim za pojačavanje svjetlosti stimuliranom emisijom zračenja.



Kromatska aberacija

Kromatska aberacija

Konstrukcija laserske diode

Gornja slika prikazuje pojednostavljenu konstrukciju laserske diode, koja je slična a dioda koja emitira svjetlost (LED) . Koristi galijev arsenid dopiran elementima poput selena, aluminija ili silicija za proizvodnju tipa P i N poluvodički materijali . Dok laserska dioda ima dodatni aktivni sloj nedopiranog (svojstvenog) galij-arsenida debljine samo nekoliko nanometara, smještenih između P i N slojeva, učinkovito stvarajući PIN dioda (tip P-intrinzični-N) . U ovom se sloju proizvodi lasersko svjetlo.






Konstrukcija laserske diode

Konstrukcija laserske diode

Kako djeluje laserska dioda?

Svaki atom prema kvantnoj teoriji može energiju samo unutar određene diskretne razine energije. Atomi su obično u najnižem energetskom ili osnovnom stanju. Kada se izvor energije koji se daje atomima u osnovnom stanju može pobuditi da pređe na jednu od viših razina. Taj se proces naziva apsorpcijom. Nakon što se vrlo kratko zadržao na toj razini, atom se vraća u početno osnovno stanje, emitirajući pritom foton. Taj se proces naziva spontanom emisijom. Ova dva procesa, apsorpcija i spontana emisija, odvijaju se u uobičajenom izvoru svjetlosti.



Načelo laserskog djelovanja

Načelo laserskog djelovanja

U slučaju da atom, koji je još uvijek u pobuđenom stanju, pogodi vanjski foton koji ima upravo energiju potrebnu za spontano emitiranje, vanjski foton se poveća za onaj koji se predaje pobuđenom atomu. Štoviše, oba fotona se oslobađaju iz isto pobuđeno stanje u istoj fazi, ovaj postupak, koji se naziva stimulirana emisija, temelj je laserskog djelovanja (prikazan na gornjoj slici). U ovom je procesu ključ fotona koji ima točno istu valnu duljinu kao i svjetlost koja se emitira.

Pojačanje i inverzija stanovništva

Kada se stvore povoljni uvjeti za stimuliranu emisiju, sve je više atoma prisiljeno emitirati fotone čime započinje lančanu reakciju i oslobađa ogromnu količinu energije. To rezultira brzim nakupljanjem energije koja emitira jednu određenu valnu duljinu (monokromatsku svjetlost), putujući koherentno u određenom, fiksnom smjeru. Taj se postupak naziva pojačanje stimuliranom emisijom.

Broj atoma na bilo kojoj razini u određenom trenutku naziva se populacijom te razine. Obično, kada se materijal ne pobuđuje izvana, naseljenost niže razine ili osnovnog stanja veća je od populacije gornje razine. Kada populacija gornje razine premaši populaciju donje razine, što je preokret normalne popunjenosti, proces se naziva inverzija stanovništva. Ova je situacija ključna za lasersko djelovanje. Za bilo koju stimuliranu emisiju.


Neophodno je da gornja razina energije ili zadovoljeno stabilno stanje imaju dug životni vijek, tj. Atomi bi trebali zastati u ispunjenom stabilnom stanju dulje vrijeme nego na donjoj razini. Dakle, za lasersko djelovanje, mehanizam pumpanja (uzbudljiv s vanjskim izvorom) trebao bi biti takav da održi veću populaciju atoma u gornjoj razini energije u odnosu na onu u donjoj razini.

Potrebno je da gornja razina energije ili zadovoljeno stabilno stanje imaju dug životni vijek, tj. Atomi bi trebali zastati u ispunjenom stabilnom stanju dulje vrijeme nego na donjoj razini. Dakle, za lasersko djelovanje, mehanizam pumpanja (uzbudljiv s vanjskim izvorom) trebao bi biti takav da održi veću populaciju atoma u gornjoj razini energije u odnosu na onu u donjoj razini.

Upravljanje laserskom diodom

Laserska dioda radi s mnogo većom strujom, obično oko 10 puta većom od normalne LED diode. Sljedeća slika uspoređuje graf izlazne svjetlosti normalne LED diode i svjetlosti laserske diode. U LED diodi se svjetlosna snaga neprestano povećava kako se povećava struja diode. U laserskoj diodi, međutim, lasersko svjetlo ne nastaje sve dok trenutna razina ne dosegne prag kada započne javljati stimulirana emisija. Prag struje je obično veći od 80% maksimalne struje koju će uređaj proći prije uništenja! Iz tog razloga struja kroz lasersku diodu mora se pažljivo regulirati.

Usporedba LED diode

Usporedba LED diode

Drugi je problem što emisija fotona vrlo ovisi o temperaturi, dioda već radi blizu svoje granice i tako se zagrijava, mijenjajući tako količinu emitirane svjetlosti (fotoni) i struju diode. Dok laserska dioda djeluje učinkovito, ona djeluje na rubu katastrofe! Ako se struja smanji i padne ispod praga struje, stimulirana emisija prestaje tek malo previše struje i dioda se uništava.

Kako je aktivni sloj ispunjen oscilirajućim fotonima, dio (obično oko 60%) svjetlosti istječe uskim ravnim snopom s ruba diodnog čipa. Kao što je prikazano ispod slike, nešto zaostalog svjetla također izlazi na suprotnom rubu i na to je naviknuto aktivirati fotodiodu , koji pretvara svjetlost natrag u električnu struju. Ova se struja koristi kao povratna informacija na krug automatskog pokretača diode, za mjerenje aktivnosti u laserskoj diodi i tako osiguravajući kontroliranjem struje kroz lasersku diodu, da struja i svjetlosni izlaz ostanu na konstantnoj i sigurnoj razini.

Upravljanje laserskom diodom

Upravljanje laserskom diodom

Primjena laserske diode

Moduli laserskih dioda idealni su za primjene poput znanosti o životu, industrije ili znanstvenih instrumenata. Moduli laserskih dioda dostupni su u širokom rasponu valnih duljina, izlaznih snaga ili oblika snopa.

Laseri male snage koriste se u sve većem broju poznatih aplikacija, uključujući CD i DVD playere i snimače, čitače crtičnog koda, sigurnosne sustave, optičke komunikacije i kirurške instrumente

Industrijska primjena: Graviranje, rezanje, škrabanje, bušenje, zavarivanje itd.
Medicinske primjene uklanjaju neželjena tkiva, dijagnostika stanica raka pomoću fluorescencije, zubni lijekovi. Općenito, rezultati korištenjem lasera bolji su od rezultata korištenjem kirurškog noža.

Laserske diode korištene za Telekom: U telekomunikacijskom polju laserske diode od 1,3 μm i 1,55 μm koje se koriste kao glavni izvor svjetlosti za lasere na silikatnim vlaknima imaju manje gubitke u prijenosu u pojasu. Laserska dioda s različitim opsegom koristi se za izvor pumpanja za optičko pojačanje ili za optičku vezu na kratke udaljenosti.

Dakle, ovdje se radi o svemu Konstrukcija laserske diode i njegove namjene. Ako vas zanima izgradnja LED projekata sami, tada nam se možete obratiti objavljivanjem svojih upita ili inovativnih razmišljanja u odjeljku za komentare u nastavku. Evo pitanja za vas, Koja je funkcija laserske diode?