Що таке лазерний діод?
Лазерний діод (напівпровідниковий лазер) — це електронний пристрій, який використовує напівпровідниковий pn-перехід для перетворення струму в світлову енергію та генерування лазера. Лазерний діод має відмінну спрямованість і прямолінійність. Як джерело світла з легким керуванням енергією, він широко використовується в оптичному зв’язку, лікуванні, зондуванні, зберіганні даних, дозвіллі та розвагах. Його основний принцип полягає у використанні світла, що утворюється при рекомбінації електронів і дірок.
Лазерні діоди також називають «напівпровідниковими лазерами». «Лазер» — це абревіатура від «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation», що означає «стимульоване випромінювання підсилення світла». Навіть якщо довжина хвилі природного світла та світлодіодного світла постійна, їх різниця фаз непостійна, а форма хвилі неоднорідна. Лазер — це «когерентне» світло, яке підсилює лише певну довжину хвилі. Когерентні джерела світла мають постійну різницю фаз і узгоджену форму хвилі, і за допомогою перешкод можна зробити фокус дуже малим (кілька мкм~), тому їх можна використовувати в різних додатках, таких як оптичні перемикачі та оптична модуляція.
Історія та розвиток
Історія лазерних діодів почалася в 1917 році, коли Альберт Ейнштейн вперше висловив теорію про явище «вимушеного випромінювання випромінювання», заклавши основу для всіх лазерних технологій. Пізніше німець Джон фон Нейман описав концепцію напівпровідникових лазерів у неопублікованому рукописі в 1953 році. У 1957 році американець Гордон Гулд запропонував використовувати стимульоване випромінювання для посилення світла і назвав це «ЛАЗЕР (підсилення світла стимульованим випромінюванням Радіація)». Таким чином, оскільки вчені з різних країн продовжували прогресувати в дослідженні лазерів, у 1962 році з’явилася структура гомопереходу напівпровідникового лазера з арсеніду галію (GaAs), і технологія когерентного світла була фактично перевірена. У тому ж році коливання видимого світла також було успішним. Однак напівпровідникові лазери цієї епохи мали проблеми з безперервними коливаннями при кімнатній температурі. У 1970 році відкриття подвійних гетероструктур зробило можливим безперервне коливання при кімнатній температурі. Після 1970-х років технологія напівпровідникових лазерів швидко розвивалася і широко використовувалася в різних областях.
Принцип випромінювання світла лазерних діодів
Лазерні діоди — це напівпровідникові пристрої, які можуть випромінювати лазерне світло певної довжини хвилі. Його основна структура складається з pn-переходу, що складається з напівпровідника p-типу та напівпровідника n-типу, активного шару, який випромінює світло, і дзеркала з покриттям, яке відбиває світло. Принцип випромінювання світла лазерних діодів полягає в тому, що коли протікає струм, електрони та дірки рекомбінуються, а випромінювані фотони посилюються в активному шарі та відбиваються в резонаторі, утворюючи лазерне світло. Давайте спочатку зрозуміємо основну структуру та принцип випромінювання світла «світловипромінюючих напівпровідників», спільних для лазерних діодів і світлодіодів.
Основна будова та матеріали діодів
Напівпровідники — це матеріали з провідністю між «провідниками», які проводять електрику, та «ізоляторами (непровідниками)», які погано проводять електрику. Провідники включають металеві матеріали, такі як залізо та золото, а ізолятори включають такі матеріали, як гума та скло. Напівпровідники можуть контролювати потік електрики, роблячи їх провідними або непровідними. Крім того, у деяких методах використання можна також виконувати перетворення енергії між світловою та електричною енергією.
Зазвичай компоненти діодів в основному виготовляються з кремнію (Si). Кремній (Si) є найбільш типовим напівпровідниковим матеріалом. Кремній існує в природі у формі «кремнезему (SiO2: камінь, основним компонентом якого є діоксид кремнію)» і є багатим на ресурси матеріалом. Він широко використовується в багатьох напівпровідникових продуктах, оскільки його легко обробляти.
Кремній (Si) як напівпровідниковий матеріал спочатку є ізолятором і майже не має вільних електронів як носіїв. Тому додавання інших домішок до кремнію (Si) для збільшення концентрації носія в кремнії (Si) підвищує його провідність. Напівпровідники, які збільшують носії за рахунок додавання подібних домішок, називаються «домішковими напівпровідниками». До носіїв належать вільні електрони та вільні дірки. Серед них напівпровідники, які збільшують кількість вільних носіїв електронів, називаються «напівпровідниками n-типу», а напівпровідники, які збільшують кількість вільних носіїв електронів, називаються «напівпровідниками p-типу».
* напівпровідник p-типу (+: позитивний, напівпровідник із багатьма дірками), напівпровідник n-типу (-: негативний, напівпровідник із багатьма електронами)
Елемент діода - це структура, в якій з'єднані напівпровідник p-типу і напівпровідник n-типу, яка називається «pn-перехід». Вивід напівпровідника p-типу називається «анодом», а висновок напівпровідника n-типу — «катодом». Струм тече від анода до катода.
Принцип світловипромінювання діода
Коли пряма напруга прикладається до елемента pn-переходу, дірки (позитивні) та електрони (негативні) рухаються до переходу та об’єднуються. Надлишок енергії, що утворюється в цей час, перетворюється на світлову енергію, завдяки чому досягається випромінювання світла. Це явище називається «складне випромінювання світла».
Лазерні діоди можна класифікувати в залежності від напрямку випромінювання світла.
Лазер з краєвим випромінюванням (EEL): структура, яка використовує поверхню розколу напівпровідника як відбивач для випромінювання світла з поверхні розколу.
Поверхнево-випромінюючий лазер (SEL): структура, яка випромінює світло вертикально від поверхні напівпровідникової підкладки.
Поверхнево-випромінюючий лазер з вертикальною порожниною (VCSEL): Оптичний резонансний резонатор формується у вертикальному напрямку поверхні напівпровідникової підкладки, а випромінюваний лазерний промінь перпендикулярний до поверхні підкладки. Він має характеристики низького порогового струму, високошвидкісної модуляції з низьким струмом і хорошою температурною стабільністю, і широко використовується в оптичних комунікаціях і сенсорних полях.
Ці різні типи лазерних діодів мають різні характеристики і в даний час використовуються в широкому спектрі застосувань на основі їх характеристик.
Термін служби лазерних діодів
Середній термін служби лазерних діодів залежить від робочого середовища (робоча температура, статична електрика, шум джерела живлення тощо), і зазвичай вважається, що вони можуть безперервно горіти близько 10 000 годин за нормальних умов (температура корпусу 25 градусів). Якщо під час використання висока робоча температура, термін служби буде скорочений, а електростатичний розряд (ESD) також може спричинити поломку. Крім того, стрибки напруги та шум, створювані джерелом живлення, також можуть пошкодити лазерний елемент.
Для того, щоб використовувати лазерний діод протягом тривалого часу, такі заходи, як заходи розсіювання тепла, такі як радіатори, достатні антистатичні заходи та заходи проти стрибків напруги, використання шумових фільтрів і керування вихідною потужністю до необхідного мінімуму, можуть ефективно розширити термін служби.
Світло, яке випромінює лазер, має високу щільність потужності. При неправильному використанні навіть невелика кількість викиду може завдати шкоди організму людини, що дуже небезпечно. Тому перед використанням необхідно вжити достатніх заходів безпеки.
Наша адреса
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District
Номер телефону
0086 181 5840 0345
Електронна пошта
info@brandnew-china.com
