Luonnollinen valkoinen valo koostuu kaikista näkyvän valonspektrin VIBGYOR-väreistä, joka on laaja laajakaista monilla eri taajuuksilla. Tavalliset ledit antavat valonlähteen, joka koostuu usein yhdestä väristä, mutta jopa siinä valossa on sähkömagneettisia aaltoja, jotka peittävät melko laajan taajuuskaistan. Valoa tarkentavalla linssijärjestelmällä on kiinteä polttoväli, mutta valon eri aallonpituuksien (värien) tarkentamiseen vaadittava polttoväli on erilainen. Siksi kukin väri keskittyy eri pisteisiin aiheuttaen kromaattisen poikkeaman. laserdiodivalo sisältää vain yhden taajuuden. Siksi se voidaan tarkentaa jopa yksinkertaisella linssijärjestelmällä erittäin pieneen pisteeseen. Kromaattista poikkeamaa ei ole, koska vain yksi aallonpituus on olemassa, myös kaikki valonlähteestä tuleva energia on keskittynyt hyvin pieneksi valopisteeksi. LASER on lyhenne sanoista Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
Kromaattinen abraatio
Laserdiodirakenne
Yllä oleva kuva esittää yksinkertaistetun laserdiodin rakenteen, joka on samanlainen kuin a valodiodi (LED) . Se käyttää galliumarsenidiä, johon on seostettu seleeniä, alumiinia tai piitä, P-tyypin ja N-tyypin tuottamiseksi puolijohdemateriaalit . Vaikka laserdiodilla on lisäksi aktiivinen kerros seostamatonta (sisäistä) galliumarsenidia, paksuus on vain muutama nanometri, joka on sijoitettu P- ja N-kerrosten väliin, mikä luo tehokkaasti PIN-diodi (P-tyyppi-Luontainen-N-tyyppi) . Tässä kerroksessa syntyy laservalo.
Laserdiodirakenne
Kuinka laserdiodi toimii?
Jokainen kvanttiteorian mukainen atomi voi energiaa vain tietyllä erillisellä energiatasolla. Normaalisti atomit ovat alimmassa energiatilassa tai perustilassa. Kun perustilassa oleville atomille annettu energialähde voidaan innostaa siirtymään yhdelle korkeammasta tasosta. Tätä prosessia kutsutaan absorptioksi. Pysyessään tällä tasolla hyvin lyhyen ajan, atomi palaa alkuperäiseen perustilaansa, lähettämällä fotonin prosessissa. Tätä prosessia kutsutaan spontaaniksi emissioksi. Nämä kaksi prosessia, absorptio ja spontaani emissio, tapahtuvat tavanomaisessa valonlähteessä.
Lasertoiminnan periaate
Siinä tapauksessa, että atomia, joka on edelleen viritetyssä tilassa, iski ulkopuolinen fotoni, jolla on täsmälleen spontaaniin emissioon tarvittava energia, ulkoista fotonia kasvatetaan viritetyn atomin luovuttamalla. sama viritetty tila samassa vaiheessa, Tämä prosessi, jota kutsutaan stimuloiduksi emissioksi, on perustava lasertoiminnalle (esitetty yllä olevassa kuvassa). Tässä prosessissa avain on fotoni, jolla on täsmälleen sama aallonpituus kuin lähetettävällä valolla.
Vahvistaminen ja väestön kääntäminen
Kun stimuloidulle emissiolle luodaan suotuisat olosuhteet, yhä useammat atomit pakotetaan lähettämään fotoneja aloittaen ketjureaktion ja vapauttamalla valtavan määrän energiaa. Tämä johtaa yhden tietyn aallonpituuden (yksivärinen valo) lähettämisen energian nopeaan kertymiseen, joka kulkee yhtenäisesti tietyssä, kiinteässä suunnassa. Tätä prosessia kutsutaan amplifikaatioksi stimuloidulla emissiolla.
Atomien lukumäärää millä tahansa tasolla tietyllä hetkellä kutsutaan kyseisen tason populaatioksi. Normaalisti, kun materiaalia ei herätetä ulkoisesti, alemman tason tai perustilan populaatio on suurempi kuin ylemmän tason populaatio. Kun ylemmän tason populaatio ylittää alemman tason, mikä on normaalin käyttöasteen käänteinen, prosessia kutsutaan väestön inversioksi. Tämä tilanne on välttämätön lasertoiminnalle. Kaikille stimuloiduille päästöille.
On välttämätöntä, että ylemmällä energiatasolla tai saavutetulla vakaalla tilassa on pitkä käyttöikä, ts. Atomien tulisi pysähtyä saavutetussa vakaassa tilassa pidempään kuin alemmalla tasolla. Siten lasertoiminnan kannalta pumppausmekanismin (jännittävä ulkoisen lähteen kanssa) tulisi olla sellaisesta, että ylemmällä energiatasolla pidetään korkeampi atomipopulaatio verrattuna alempaan.
On välttämätöntä, että ylemmällä energiatasolla tai saavutetulla vakaalla tilassa on pitkä käyttöikä, ts. Atomien tulisi pysähtyä saavutetussa vakaassa tilassa pidempään kuin alemmalla tasolla. Siten lasertoiminnan kannalta pumppausmekanismin (jännittävä ulkoisen lähteen kanssa) tulisi olla sellaisesta, että ylemmällä energiatasolla pidetään korkeampi atomipopulaatio verrattuna alempaan.
Laserdiodin hallinta
Laserdiodia käytetään paljon suuremmalla virralla, tyypillisesti noin 10 kertaa normaalia LEDiä suuremmalla virralla. Alla olevassa kuvassa verrataan kaaviota normaalin LED: n ja laserdiodin valotehosta. LED: ssä valoteho kasvaa tasaisesti diodivirran kasvaessa. Laserdiodissa laservaloa ei kuitenkaan synny ennen kuin nykyinen taso saavuttaa kynnystason, kun stimuloitua emissiota alkaa esiintyä. Kynnysvirta on yleensä yli 80% laitteen virran enimmäisvirrasta ennen tuhoutumista! Tästä syystä laserdiodin läpi kulkevaa virtaa on säädettävä huolellisesti.
LED-valon vertailu
Toinen ongelma on, että fotonien emissio on hyvin riippuvainen lämpötilasta, diodia käytetään jo lähellä sen raja-arvoa ja se kuumenee siten muuttamalla emittoidun valon määrää (fotoneja) ja diodivirtaa. Mennessä laserdiodi toimii tehokkaasti, se toimii katastrofin partaalla! Jos virta pienenee ja laskee alle kynnysvirran, stimuloitu emissio loppuu vain vähän liikaa virtaa ja diodi tuhoutuu.
Kun aktiivinen kerros on täytetty värähtelevillä fotoneilla, osa (tyypillisesti noin 60%) valosta poistuu kapeassa, tasaisessa säteessä diodisirun reunasta. Kuten alla olevassa kuvassa on esitetty, myös jäännösvaloa poistuu vastakkaisesta reunasta ja se on tottunut aktivoi valodiodi , joka muuntaa valon takaisin sähkövirraksi. Tätä virtaa käytetään palautteena automaattiselle diodiohjainpiirille, mittaamaan aktiivisuutta laserdiodissa ja varmista siten, että ohjaamalla virtaa laserdiodin kautta, että virta ja valoteho pysyvät vakiona ja turvallisella tasolla.
Laserdiodin hallinta
Laserdiodin sovellukset
Laserdiodimoduulit ovat ihanteellisia sovelluksiin, kuten biotiede, teollisuus tai tieteellinen instrumentointi. Laserdiodimoduuleja on saatavana useina eri aallonpituuksina, lähtötehoina tai säteen muotoisina.
Pienitehoisia lasereita käytetään yhä useammassa tutussa sovelluksessa, mukaan lukien CD- ja DVD-soittimet ja -tallentimet, viivakoodilukijat, turvajärjestelmät, optinen viestintä ja kirurgiset instrumentit
Teolliset sovellukset: Kaiverrus, leikkaus, piirtäminen, poraus, hitsaus jne.
Lääketieteelliset sovellukset poistavat ei-toivotut kudokset, syöpäsolujen diagnosoinnin fluoresenssilla, hammaslääkkeillä. Yleensä tulokset käyttämällä lasereita ovat parempia kuin kirurgisella veitsellä.
Televiestinnässä käytettävät laserdiodit: Teleliikennealalla piidioksidikuitulaserien päävalonlähteenä käytetyillä 1,3 μm ja 1,55 μm kaistalaserdiodeilla on pienempi lähetyshäviö kaistalla. Eri kaistalla olevaa laserdiodia käytetään lähteen pumppaamiseen optista vahvistusta tai lyhyen matkan optista linkkiä varten.
Näin ollen kyse on kaikesta Laserdiodirakenne ja sen käyttötarkoitukset. Jos olet kiinnostunut LED-pohjaisten projektien rakentaminen yksin, niin voit ottaa meihin yhteyttä lähettämällä kyselysi tai innovatiivisia ajatuksiasi alla olevaan kommenttiosioon. tässä on kysymys sinulle, Mikä on laserdiodin tehtävä?
