Kaj je laserska dioda?
Laserska dioda (polprevodniški laser) je elektronska naprava, ki uporablja polprevodniški pn spoj za pretvorbo toka v svetlobno energijo in ustvarjanje laserja. Laserska dioda ima odlično usmerjenost in naravnost. Kot vir svetlobe z enostavnim nadzorom energije se široko uporablja v optični komunikaciji, zdravljenju, zaznavanju, shranjevanju podatkov, prostem času in zabavi. Njegovo osnovno načelo je uporaba svetlobe, ki nastane pri rekombinaciji elektronov in lukenj.
Laserske diode imenujemo tudi "polprevodniški laserji". "Laser" je akronim za "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", kar pomeni "stimulirana emisija ojačanja svetlobe". Tudi če je valovna dolžina naravne svetlobe in LED svetlobe konstantna, njuna fazna razlika ni konstantna in valovna oblika ni enakomerna. Laser je "koherentna" svetloba, ki ojača le določeno valovno dolžino. Koherentni svetlobni viri imajo konstantno fazno razliko in dosledno valovno obliko, z motnjami pa je mogoče narediti fokus zelo majhen (nekaj um~), zato jih je mogoče uporabiti v različnih aplikacijah, kot so optična stikala in optična modulacija.
Zgodovina in razvoj
Zgodovina laserskih diod se je začela leta 1917, ko je Albert Einstein prvič teoretiziral pojav "stimulirane emisije sevanja", s čimer je postavil temelje za vse laserske tehnologije. Kasneje je Nemec John von Neumann v neobjavljenem rokopisu leta 1953 opisal koncept polprevodniških laserjev. Leta 1957 je Američan Gordon Gould predlagal uporabo stimulirane emisije sevanja za ojačanje svetlobe in jo poimenoval "LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of sevanje)". Na ta način, ko so znanstveniki iz različnih držav še naprej napredovali pri raziskovanju laserjev, se je leta 1962 pojavila struktura homospojnice polprevodniškega laserja z galijevim arzenidom (GaAs) in tehnologija koherentne svetlobe je bila dejansko preverjena. Istega leta je uspelo tudi nihanje vidne svetlobe. Vendar so imeli polprevodniški laserji te dobe težave z neprekinjenim nihanjem pri sobni temperaturi. Leta 1970 je odkritje dvojnih heterostruktur omogočilo neprekinjeno nihanje pri sobni temperaturi. Po sedemdesetih letih prejšnjega stoletja se je tehnologija polprevodniških laserjev hitro razvijala in se široko uporabljala na različnih področjih.
Načelo oddajanja svetlobe laserskih diod
Laserske diode so polprevodniške naprave, ki lahko oddajajo lasersko svetlobo določene valovne dolžine. Njegovo osnovno strukturo sestavljajo pn spoj, sestavljen iz polprevodnika tipa p in polprevodnika tipa n, aktivne plasti, ki oddaja svetlobo, in prevlečenega zrcala, ki odbija svetlobo. Načelo oddajanja svetlobe laserskih diod je, da ko tok teče, se elektroni in luknje rekombinirajo, sevani fotoni pa se ojačajo v aktivni plasti in odbijejo v resonatorju, da tvorijo lasersko svetlobo. Najprej razumemo osnovno strukturo in princip oddajanja svetlobe "polprevodnikov, ki oddajajo svetlobo", ki si jih delijo laserske diode in LED.
Osnovna struktura in materiali diod
Polprevodniki so materiali s prevodnostjo med "prevodniki", ki prevajajo elektriko, in "izolatorji (neprevodniki)", ki ne prevajajo zlahka elektrike. Prevodniki vključujejo kovinske materiale, kot sta železo in zlato, izolatorji pa materiale, kot sta guma in steklo. Polprevodniki lahko nadzorujejo pretok električne energije tako, da postanejo prevodni ali neprevodni. Poleg tega je pri nekaterih načinih uporabe mogoče izvesti tudi pretvorbo energije med svetlobno in električno energijo.
Običajno so sestavni deli diod v glavnem izdelani iz silicija (Si). Silicij (Si) je najbolj značilen polprevodniški material. Silicij obstaja v naravi v obliki "silicijevega dioksida (SiO2: kamen, katerega glavna sestavina je silicijev dioksid)" in je z viri bogat material. Široko se uporablja v številnih polprevodniških izdelkih, ker je enostaven za obdelavo.
Silicij (Si) kot polprevodniški material je izvorno izolator in skoraj nima prostih elektronov kot nosilcev. Zato se z dodajanjem drugih nečistoč siliciju (Si) za povečanje koncentracije nosilca v siliciju (Si) poveča njegova prevodnost. Polprevodniki, ki povečajo nosilce z dodajanjem nečistoč, kot je ta, se imenujejo "polprevodniki z nečistočami". Nosilci vključujejo proste elektrone in proste luknje. Med njimi se polprevodniki, ki povečajo nosilce prostih elektronov, imenujejo "polprevodniki tipa n", polprevodniki, ki povečajo nosilce prostih lukenj, pa se imenujejo "polprevodniki tipa p".
* polprevodnik tipa p (+: pozitiven, polprevodnik z veliko luknjami), polprevodnik tipa n (-: negativen, polprevodnik z veliko elektroni)
Element diode je struktura, v kateri sta povezana polprevodnik tipa p in polprevodnik tipa n, kar imenujemo "pn spoj". Zatič polprevodnika p-tipa se imenuje "anoda", zatič polprevodnika n-tipa pa "katoda". Tok teče od anode do katode.
Načelo oddajanja svetlobe diode
Ko je na element pn spoja uporabljena napetost naprej, se luknje (pozitivne) in elektroni (negativni) premaknejo proti spoju in se združijo. Odvečna energija, ki pri tem nastane, se pretvori v svetlobno energijo, s čimer se doseže svetlobna emisija. Ta pojav se imenuje "sestavljena svetlobna emisija".
Laserske diode lahko razvrstimo glede na smer oddajanja svetlobe.
Edge Emitting Laser (EEL): struktura, ki uporablja cepno površino polprevodnika kot reflektor za oddajanje svetlobe s cepne površine.
Surface Emitting Laser (SEL): struktura, ki oddaja svetlobo navpično s površine polprevodniškega substrata.
Površinski oddajni laser z navpično votlino (VCSEL): Optična resonančna votlina se oblikuje v navpični smeri površine polprevodniškega substrata, oddani laserski žarek pa je pravokoten na površino substrata. Ima značilnosti toka z nizkim pragom, modulacijo visoke hitrosti z nizkim tokom in dobro temperaturno stabilnost ter se pogosto uporablja v optičnih komunikacijah in senzorskih poljih.
Te različne vrste laserskih diod imajo različne značilnosti in se trenutno uporabljajo v najrazličnejših aplikacijah glede na njihove značilnosti.
Življenjska doba laserskih diod
Povprečna življenjska doba laserskih diod je odvisna od delovnega okolja (delovna temperatura, statična elektrika, hrup napajanja itd.) in na splošno velja, da lahko v normalnih pogojih neprekinjeno svetijo približno 10{1}} ur. (temperatura ohišja 25 stopinj). Če je delovna temperatura med uporabo visoka, se življenjska doba skrajša, okvare pa lahko povzroči tudi elektrostatična razelektritev (ESD). Poleg tega lahko laserski element poškodujejo tudi valovi in hrup, ki ga ustvarja napajalnik.
Za dolgotrajno uporabo laserske diode je mogoče učinkovito podaljšati ukrepe, kot so ukrepi za odvajanje toplote, kot so hladilni odvodi, zadostni antistatični ukrepi in ukrepi proti prenapetosti, uporaba šumnih filtrov in nadzorovanje izhodne moči na najmanjšo potrebno. življenjsko dobo.
Svetloba, ki jo oddaja laser, ima visoko gostoto moči. Ob nepravilni uporabi lahko že majhna količina izpusta povzroči škodo človeškemu telesu, kar je zelo nevarno. Zato je treba pred uporabo upoštevati zadostne varnostne ukrepe.
Naš naslov
Dvorec B-1507 Ruiding, št. 200 Zhenhua Rd, okrožje Xihu
Telefonska številka
0086 181 5840 0345
E-pošta
info@brandnew-china.com
