Co je laserová dioda?
Laserová dioda (polovodičový laser) je elektronické zařízení, které využívá polovodičový pn přechod k přeměně proudu na světelnou energii a generování laseru. Laserová dioda má vynikající směrovost a přímost. Jako světelný zdroj se snadnou regulací energie je široce používán v optické komunikaci, lékařském ošetření, snímání, ukládání dat, volném čase a zábavě. Jeho základním principem je využití světla generovaného při rekombinaci elektronů a děr.
Laserové diody se také nazývají „polovodičové lasery“. "Laser" je zkratka pro "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", což znamená "stimulovaná emise zesílení světla". I když je vlnová délka přirozeného světla a světla LED konstantní, jejich fázový rozdíl není konstantní a tvar vlny není jednotný. Laser je „koherentní“ světlo, které pouze zesiluje určitou vlnovou délku. Koherentní světelné zdroje mají konstantní fázový rozdíl a konzistentní tvar vlny a interferenci lze použít k tomu, aby ohnisko bylo velmi malé (několik um~), takže je lze použít v různých aplikacích, jako jsou optické spínače a optická modulace.
Historie a vývoj
Historie laserových diod začala v roce 1917, kdy Albert Einstein poprvé teoretizoval fenomén „stimulované emise záření“, čímž položil základy všech laserových technologií. Později Němec John von Neumann popsal koncept polovodičových laserů v nepublikovaném rukopise v roce 1953. V roce 1957 Američan Gordon Gould navrhl, že stimulovaná emise záření by mohla být použita k zesílení světla, a pojmenoval ji „LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Záření)". Tímto způsobem, jak vědci z různých zemí pokračovali v pokroku ve výzkumu laserů, vyšla v roce 1962 homojunkční struktura polovodičového laseru arsenidu galia (GaAs) a technologie koherentního světla byla skutečně ověřena. Ve stejném roce byla úspěšná také oscilace viditelného světla. Polovodičové lasery této doby však měly problémy s kontinuální oscilací při pokojové teplotě. V roce 1970 objev dvojitých heterostruktur umožnil kontinuální oscilaci při pokojové teplotě. Po 70. letech se technologie polovodičových laserů rychle rozvíjela a byla široce používána v různých oblastech.
Princip vyzařování světla laserových diod
Laserové diody jsou polovodičová zařízení, která mohou emitovat laserové světlo specifické vlnové délky. Jeho základní struktura se skládá z pn přechodu složeného z polovodiče typu p a polovodiče typu n, aktivní vrstvy, která vyzařuje světlo, a potaženého zrcadla, které světlo odráží. Princip vyzařování světla laserových diod spočívá v tom, že když protéká proud, elektrony a díry se rekombinují a vyzařované fotony jsou zesíleny v aktivní vrstvě a odraženy v rezonátoru za vzniku laserového světla. Pojďme si nejprve porozumět základní struktuře a principu vyzařování světla „světlo-emitujících polovodičů“ sdílených laserovými diodami a LED.
Základní konstrukce a materiály diod
Polovodiče jsou materiály s vodivostí mezi "vodiči", které vedou elektrický proud, a "izolátory (nevodiče)", které elektřinu nevedou snadno. Mezi vodiče patří kovové materiály, jako je železo a zlato, a izolátory zahrnují materiály, jako je pryž a sklo. Polovodiče mohou řídit tok elektřiny tím, že jsou vodivé nebo nevodivé. Kromě toho lze u některých způsobů použití provádět také přeměnu energie mezi světelnou energií a elektrickou energií.
Obvykle jsou součásti diod vyrobeny převážně z křemíku (Si). Křemík (Si) je nejtypičtějším polovodičovým materiálem. Křemík se v přírodě vyskytuje ve formě „oxidu křemičitého (SiO2: kámen, jehož hlavní složkou je oxid křemičitý)“ a je to materiál bohatý na zdroje. Je široce používán v mnoha polovodičových výrobcích, protože se snadno zpracovává.
Křemík (Si) jako polovodičový materiál je původně izolant a nemá téměř žádné volné elektrony jako nosiče. Přidáním dalších nečistot do křemíku (Si) pro zvýšení koncentrace nosiče v křemíku (Si) se tedy zvýší jeho vodivost. Polovodiče, které zvyšují nosiče přidáním nečistot, jako je tato, se nazývají "nečisté polovodiče". Nosiče zahrnují volné elektrony a volné díry. Mezi nimi se polovodiče, které zvyšují nosiče volných elektronů, nazývají „polovodiče typu n“ a polovodiče, které zvyšují nosiče volných děr, se nazývají „polovodiče typu p“.
* Polovodič typu p (+: kladný, polovodič s mnoha otvory), polovodič typu n (-: záporný, polovodič s mnoha elektrony)
Prvek diody je struktura, ve které jsou spojeny polovodič typu p a polovodič typu n, což se nazývá „pn přechod“. Kolík polovodiče typu p se nazývá „anoda“ a kolík polovodiče typu n se nazývá „katoda“. Proud teče od anody ke katodě.
Princip vyzařování diodového světla
Když je na přechodový prvek pn přivedeno propustné napětí, díry (kladné) a elektrony (záporné) se pohybují směrem ke spoji a spojují se. Přebytečná energie generovaná v tomto okamžiku se přemění na světelnou energii, čímž se dosáhne emise světla. Tento jev se nazývá „emise složeného světla“.
Laserové diody lze klasifikovat podle směru vyzařování světla.
Edge Emitting Laser (EEL): Struktura, která využívá štěpný povrch polovodiče jako reflektor pro vyzařování světla z štěpného povrchu.
Surface Emitting Laser (SEL): Struktura, která vertikálně vyzařuje světlo z povrchu polovodičového substrátu.
Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL): Optická rezonanční dutina je vytvořena ve vertikálním směru povrchu polovodičového substrátu a emitovaný laserový paprsek je kolmý k povrchu substrátu. Má vlastnosti nízkého prahového proudu, vysokorychlostní modulace s nízkým proudem a dobrou teplotní stabilitu a je široce používán v optických komunikacích a senzorových polích.
Tyto různé typy laserových diod mají různé vlastnosti a v současnosti se používají v široké škále aplikací na základě jejich vlastností.
Životnost laserových diod
Průměrná životnost laserových diod závisí na provozním prostředí (provozní teplota, statická elektřina, hlučnost zdroje atd.) a obecně se má za to, že za normálních podmínek mohou svítit nepřetržitě přibližně 10,{1}} hodin (teplota pouzdra 25 stupňů). Pokud je provozní teplota během používání vysoká, zkrátí se životnost a elektrostatický výboj (ESD) může také způsobit poruchy. Kromě toho mohou přepětí a hluk generovaný napájecím zdrojem poškodit laserový prvek.
Aby bylo možné laserovou diodu používat po dlouhou dobu, mohou opatření, jako jsou opatření pro odvod tepla, jako jsou chladiče, dostatečná antistatická opatření a opatření proti přepětí, použití šumových filtrů a řízení výkonu na požadované minimum, účinně rozšířit životnost.
Světlo vyzařované laserem má vysokou hustotu výkonu. Při nesprávném použití může i malé množství emisí způsobit poškození lidského těla, což je velmi nebezpečné. Proto je třeba před použitím provést dostatečná bezpečnostní opatření.
Naše adresa
B-1507 Ruiding Mansion, č. 200 Zhenhua Rd, okres Xihu
Telefonní číslo
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
