Что такое лазерный диод?
Лазерный диод (полупроводниковый лазер) — это электронное устройство, использующее полупроводниковый pn-переход для преобразования тока в световую энергию и генерации лазера. Лазерный диод имеет отличную направленность и прямолинейность. Как источник света с простым контролем энергии он широко используется в оптической связи, медицинском лечении, зондировании, хранении данных, отдыхе и развлечениях. Его основной принцип заключается в использовании света, генерируемого при рекомбинации электронов и дырок.
Лазерные диоды еще называют «полупроводниковыми лазерами». «Лазер» — это аббревиатура от «Усиление света путем стимулированного излучения», что означает «вынужденное усиление света». Даже если длина волны естественного света и светодиодного света постоянна, их разность фаз не является постоянной, а форма волны не является однородной. Лазер — это «когерентный» свет, который усиливает только определенную длину волны. Источники когерентного света имеют постоянную разность фаз и постоянную форму волны, а с помощью интерференции можно сделать фокус очень маленьким (несколько мкм), поэтому их можно использовать в различных приложениях, таких как оптические переключатели и оптическая модуляция.
История и развитие
История лазерных диодов началась в 1917 году, когда Альберт Эйнштейн впервые теоретизировал явление «вынужденного излучения», положив начало всем лазерным технологиям. Позже немец Джон фон Нейман описал концепцию полупроводниковых лазеров в неопубликованной рукописи в 1953 году. В 1957 году американец Гордон Гулд предположил, что стимулированное излучение можно использовать для усиления света, и назвал его «ЛАЗЕР» (усиление света посредством стимулированного излучения). Радиация)». Таким образом, по мере того, как ученые из разных стран продолжали добиваться успехов в исследованиях лазеров, в 1962 году была открыта гомопереходная структура полупроводникового лазера на арсениде галлия (GaAs) и фактически проверена технология когерентного света. В том же году были успешными и колебания видимого света. Однако полупроводниковые лазеры той эпохи имели проблемы с непрерывной генерацией при комнатной температуре. В 1970 году открытие двойных гетероструктур сделало возможными непрерывные колебания при комнатной температуре. После 1970-х годов полупроводниковая лазерная технология быстро развивалась и нашла широкое применение в различных областях.
Принцип излучения лазерных диодов
Лазерные диоды — это полупроводниковые устройства, которые могут излучать лазерный свет определенной длины волны. Его базовая структура состоит из pn-перехода, состоящего из полупроводника p-типа и полупроводника n-типа, активного слоя, излучающего свет, и зеркала с покрытием, отражающего свет. Принцип светоизлучения лазерных диодов заключается в том, что при протекании тока электроны и дырки рекомбинируют, а излучаемые фотоны усиливаются в активном слое и отражаются в резонаторе с образованием лазерного света. Давайте сначала поймем базовую структуру и принцип светоизлучения «светоизлучающих полупроводников», общих для лазерных диодов и светодиодов.
Основная структура и материалы диодов
Полупроводники — это материалы, проводимость которых находится между «проводниками», которые проводят электричество, и «изоляторами (непроводниками)», которые плохо проводят электричество. Проводники включают металлические материалы, такие как железо и золото, а изоляторы включают такие материалы, как резина и стекло. Полупроводники могут управлять потоком электричества, делая их проводящими или непроводящими. Кроме того, в некоторых способах использования также может осуществляться преобразование энергии света в электрическую энергию.
Обычно компоненты диодов изготавливаются в основном из кремния (Si). Кремний (Si) — наиболее типичный полупроводниковый материал. Кремний существует в природе в форме «кремнезема (SiO2: камень, основным компонентом которого является диоксид кремния)» и является богатым ресурсами материалом. Он широко используется во многих полупроводниковых изделиях, поскольку его легко обрабатывать.
Кремний (Si) как полупроводниковый материал изначально является изолятором и почти не имеет свободных электронов в качестве носителей. Поэтому, добавляя к кремнию (Si) другие примеси для увеличения концентрации носителей в кремнии (Si), его проводимость увеличивается. Полупроводники, в которых количество носителей увеличивается за счет добавления подобных примесей, называются «примесными полупроводниками». К носителям относятся свободные электроны и свободные дырки. Среди них полупроводники, увеличивающие количество свободных носителей электронов, называются «полупроводниками n-типа», а полупроводники, увеличивающие количество свободных дырочных носителей, называются «полупроводниками p-типа».
* Полупроводник p-типа (+: положительный, полупроводник с множеством дырок), полупроводник n-типа (-: отрицательный, полупроводник с множеством электронов)
Элементом диода является структура, в которой соединены полупроводник p-типа и полупроводник n-типа, которая называется «pn переход». Вывод полупроводника p-типа называется «анодом», а вывод полупроводника n-типа — «катодом». Ток течет от анода к катоду.
Принцип излучения диодного света
Когда прямое напряжение прикладывается к элементу pn-перехода, дырки (положительные) и электроны (отрицательные) движутся к переходу и объединяются. Избыточная энергия, вырабатываемая в это время, преобразуется в световую энергию, тем самым достигается светоизлучение. Это явление называется «сложным световым излучением».
Лазерные диоды можно классифицировать по направлению излучения света.
Лазер с краевым излучением (EEL): структура, которая использует поверхность скола полупроводника в качестве отражателя для излучения света с поверхности скола.
Лазер поверхностного излучения (SEL): структура, излучающая свет вертикально с поверхности полупроводниковой подложки.
Лазер с поверхностным излучением с вертикальной полостью (VCSEL): Оптический резонансный резонатор формируется в вертикальном направлении поверхности полупроводниковой подложки, а излучаемый лазерный луч перпендикулярен поверхности подложки. Он обладает характеристиками низкого порогового тока, высокоскоростной модуляции с низким током и хорошей температурной стабильностью и широко используется в оптической связи и сенсорных областях.
Эти различные типы лазерных диодов имеют разные характеристики и в настоящее время используются в самых разных приложениях в зависимости от их характеристик.
Срок службы лазерных диодов
Средний срок службы лазерных диодов зависит от условий эксплуатации (рабочая температура, статическое электричество, шум источника питания и т. д.), и обычно считается, что они могут непрерывно гореть около 10,000 часов при нормальных условиях. (температура корпуса 25 градусов). Если во время использования рабочая температура будет высокой, срок службы сократится, а электростатический разряд (ESD) также может привести к сбоям. Кроме того, скачки напряжения и шум, создаваемые источником питания, также могут повредить лазерный элемент.
Чтобы использовать лазерный диод в течение длительного времени, такие меры, как меры по отводу тепла, такие как радиаторы, достаточные антистатические и антипомпажные меры, использование шумовых фильтров и контроль выходной мощности до необходимого минимума, могут эффективно продлить срок службы лазерного диода. срок службы.
Свет, излучаемый лазером, имеет высокую плотность мощности. При неправильном использовании даже небольшое количество выбросов может нанести вред человеческому организму, что очень опасно. Поэтому перед использованием необходимо принять достаточные меры безопасности.
Наш адрес
B-1507 Особняк Руйдинг, улица Чжэньхуа, № 200, район Сиху
Номер телефона
0086 181 5840 0345
Электронная почта
info@brandnew-china.com
