Det naturlige hvite lyset består av alle VIBGYOR-farger i det synlige lysspekteret, som er et bredt bredt bånd med mange forskjellige frekvenser. De vanlige lysdiodene gir en lysutgang som ofte består av en farge, men selv det lyset inneholder elektromagnetiske bølger, som dekker et ganske bredt frekvensbånd. Linsesystemet som fokuserer på lyset har en fast brennvidde, men brennvidden som kreves for å fokusere forskjellige bølgelengder (farger) av lys er forskjellig. Derfor vil hver farge fokusere på forskjellige punkter og forårsake ‘kromatisk aberrasjon’. De laser diode lys inneholder bare en enkelt frekvens. Derfor kan det fokuseres med et enkelt objektivsystem til et ekstremt lite punkt. Det er ingen kromatisk aberrasjon siden det bare finnes en bølgelengde, også all energien fra lyskilden er konsentrert til et veldig lite lysflekk. LASER er et akronym for Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation.
Kromatisk avvik
Laserdiode konstruksjon
Ovenstående figur viser en forenklet konstruksjon av en laserdiode, som ligner på en lysdiode (LED) . Den bruker galliumarsenid dopet med elementer som selen, aluminium eller silisium for å produsere P-type og N-type halvledermaterialer . Mens en laserdiode har et ekstra aktivt lag av udopert (iboende) galliumarsenid, har tykkelsen bare noen få nanometer, klemt mellom P- og N-lagene, og skaper effektivt en PIN-diode (P-type Intrinsic-N-type) . Det er i dette laget laserlyset produseres.
Laserdiode konstruksjon
Hvordan laserdiode fungerer?
Hvert atom i henhold til kvanteteorien, kan bare energier innenfor et bestemt diskret energinivå. Normalt er atomene i laveste energitilstand eller grunntilstand. Når en energikilde gitt til atomene i grunntilstand kan være begeistret for å gå til et av de høyere nivåene. Denne prosessen kalles absorpsjon. Etter å ha holdt seg på det nivået i veldig kort varighet, går atomet tilbake til sin opprinnelige grunntilstand, og sender ut en foton i prosessen. Denne prosessen kalles spontan utslipp. Disse to prosessene, absorpsjon og spontan utslipp, foregår i en konvensjonell lyskilde.
Prinsipp for laserhandling
I tilfelle atomet, fremdeles i en eksitert tilstand, blir truffet av en utvendig foton som har nøyaktig den energien som er nødvendig for spontan utslipp, økes den ytre foton av den som oppgis av det eksiterte atomet. Dessuten frigjøres begge fotonene fra samme opphissede tilstand i samme fase, Denne prosessen, kalt stimulert emisjon, er grunnleggende for laserhandling (vist i figuren ovenfor). I denne prosessen er nøkkelen foton som har nøyaktig samme bølgelengde som lyset som skal sendes ut.
Forsterkning og befolkningsinversjon
Når gunstige forhold skapes for den stimulerte emisjonen, blir flere og flere atomer tvunget til å sende ut fotoner, og derved initiere en kjedereaksjon og frigjøre en enorm mengde energi. Dette resulterer i en rask opphopning av energi for å avgi en bestemt bølgelengde (monokromatisk lys), som beveger seg koherent i en bestemt, fast retning. Denne prosessen kalles forsterkning ved stimulert utslipp.
Antallet atomer på et hvilket som helst nivå til en gitt tid kalles befolkningen på det nivået. Normalt, når materialet ikke eksiteres eksternt, er befolkningen i det nedre nivået eller bakketilstanden større enn det på det øvre nivået. Når befolkningen på det øvre nivået overstiger befolkningen på det nedre nivået, som er en reversering av det normale belegget, kalles prosessen befolkningsinversjon. Denne situasjonen er viktig for en laserhandling. For ethvert stimulert utslipp.
Det er nødvendig at det øvre energinivået eller den mette stabile tilstanden skal ha lang levetid, dvs. atomer skal pause i den mette stabile tilstanden i mer tid enn på det lavere nivået. Derfor, for laserhandling, bør pumpemekanismen (spennende med ekstern kilde) være fra en slik at den opprettholder en høyere populasjon av atomer i det øvre energinivået i forhold til det i det nedre nivået.
Det er nødvendig at det øvre energinivået eller den mette stabile tilstanden skal ha lang levetid, dvs. atomer skal pause i den mette stabile tilstanden i mer tid enn på det lavere nivået. Derfor, for laserhandling, bør pumpemekanismen (spennende med ekstern kilde) være fra en slik at den opprettholder en høyere populasjon av atomer i det øvre energinivået i forhold til det i det nedre nivået.
Kontrollere laserdioden
Laserdioden drives med en mye høyere strøm, vanligvis omtrent 10 ganger større enn en vanlig LED. Figuren nedenfor sammenligner en graf over lyseffekten til en normal LED og den til en laserdiode. I en LED øker lysytelsen jevnt når diodestrømmen økes. I en laserdiode produseres imidlertid ikke laserlys før det nåværende nivået når terskelnivået når stimulert utslipp begynner å oppstå. Terskelstrømmen er normalt mer enn 80% av den maksimale strømmen enheten vil passere før den blir ødelagt! Av denne grunn må strømmen gjennom laserdioden reguleres nøye.
Sammenligning mellom en LED
Et annet problem er at utslipp av fotoner er veldig avhengig av temperatur, dioden er allerede i drift nær grensen og blir så varm, og endrer derfor mengden lys som sendes ut (fotoner) og diodestrømmen. Når laserdioden fungerer effektivt, fungerer den på randen av en katastrofe! Hvis strømmen reduseres og faller under terskelstrømmen, opphører stimulert utslipp litt for mye strøm og dioden ødelegges.
Ettersom det aktive laget er fylt med oscillerende fotoner, slipper noe (vanligvis ca. 60%) av lyset ut i en smal, flat stråle fra kanten av diodebrikken. Som vist under figuren slipper også noe restlys ut i motsatt kant og er vant til aktivere en fotodiode , som konverterer lyset tilbake til den elektriske strømmen. Denne strømmen brukes som tilbakemelding til den automatiske diodedriverkretsen, for å måle aktiviteten i laserdioden, og sørg for å kontrollere strømmen gjennom laserdioden for å holde strøm og lysutgang på et konstant og trygt nivå.
Kontrollere laserdioden
Bruk av laserdiode
Laserdiodemoduler er ideelle for applikasjoner som biovitenskap, industriell eller vitenskapelig instrumentering. Laserdiode-moduler er tilgjengelige i et bredt utvalg av bølgelengder, utgangseffekter eller stråleformer.
Lasere med lav effekt brukes i et økende antall kjente applikasjoner, inkludert CD- og DVD-spillere og opptakere, strekkodelesere, sikkerhetssystemer, optisk kommunikasjon og kirurgiske instrumenter.
Industrielle applikasjoner: Gravering, skjæring, skraping, boring, sveising, etc.
Medisinske applikasjoner fjerner uønsket vev, diagnostisering av kreftceller ved hjelp av fluorescens, tannmedisinering. Generelt er resultatene ved bruk av lasere bedre enn resultatene ved hjelp av en kirurgisk kniv.
Laserdioder brukt til telekom: I telekomfeltet har 1,3 og 1,55 mikrometer laserdioder som brukes som hovedlyskilde for silisiumfiberlasere, mindre overføringstap i båndet. Laserdioden med det forskjellige båndet brukes til pumpekilde for optisk forsterkning eller for den korte avstanden.
Dermed handler dette om Laserdiode konstruksjon og dens bruksområder. Hvis du er interessert i bygge LED-baserte prosjekter på egen hånd, så kan du henvende deg til oss ved å legge ut dine spørsmål eller innovative tanker i kommentarfeltet nedenfor. Her er et spørsmål til deg, Hva er funksjonen til en laserdiode?
