Изум полупроводничке ласерске диоде заслужено се сматра једним од најбољих достигнућа у области физике у другој половини прошлог века. Независни развој совјетских и америчких научника у области оптичког зрачења чврстих материјала, проведених прије више од пола стољећа, данас показује своју дјелотворност у домаћој, индустријској и војној сфери.
За разлику од светлећих диода, чији се рад заснива на спонтаној емисији фотона, ласерске диоде имају комплекснији принцип дјеловања и кристалну структуру.
Принцип рада
Да бисмо разумели где се појављују фотони, размотримо процес рекомбинације (нестанак пара слободних носилаца - електрона и рупе). Приликом примене директног напона на п-н транзицију диоде долази до ињектирања, тј. Наглог повећања концентрације неравнотежних носача. У процесу убризгавања, који се крећу једни према другима, електрони и рупе се рекомбинују, лучећи енергију у облику честице - фотона и квазипартица - фонона. Тако се спонтано зрачење уочава у ЛЕД диодама.
У случају ласерске диоде уместо спонтане, потребно је покренути механизам присилног зрачења фотона са истим параметрима. У ту сврху се формира оптички резонатор из кристала, кроз који пролази фотон са датом фреквенцијом и рекомбинује електронске носаче, што доприноси појави нових фотона исте поларизације и фазе. Они се називају кохерентни.
У овом случају, ласерска генерација је могућа само у случајуприсуство превеликог броја електронских носача на горњем енергетском нивоу који се ослобађа убризгавањем. У ту сврху, струја пумпања такве силе се користи за изазивање инверзије електронских популација. Под овим феноменом подразумевамо стање у коме је горњи ниво много више насељен електронима него доњи. Као резултат, стимулише се зрачење кохерентних фотона.
Надаље, такви фотони се стално рефлектују од лица оптичког резонатора, изазивајући позитивну повратну петљу. Овај феномен је налик лавини, што резултира ласерским снопом. Дакле, стварање било ког оптичког генератора, укључујући и ласерску диоду, захтева испуњење два услова:
- присуство кохерентних фотона;
- организација позитивне оптичке повратне спреге (ПОС).
Да би се спречило расипање формираног зрака услед дифракције, уређај је састављен од сочива. Врста лећа зависи од врсте ласера.
Типови ласерских диода
Током година, ласерска диода је прошла кроз многе промене. Његов дизајн је побољшан, углавном због појаве високотехнолошке опреме. Највећа тачност допирања и полирања полупроводничког кристала, као и стварање модела Хетероструктуре, су фактори који осигуравају висок коефицијент рефлексије на граници кристалног зрака и формирање кохерентног зрачења.
Прва ласерска диода (диода са хомоструктуром) имала је једну п-н транзицију и моглада ради искључиво у пулсном режиму услед брзог прегревања кристала. Она има само историјски значај и не користи се у пракси.
Двојна хетероструктурна ласерска диода (ДСО диода) била је ефикаснија. Његов кристал је базиран на две хетероструктуре. Свака хетероструктура је материјал (галијум арсенид и галијум алуминијум арсенид) са малом ширином појасне траке, која се налази између слојева са већом ширином зона. Предност ласерске диоде ДГС је значајно повећање концентрације мултиполарних носача у танком слоју, што знатно убрзава манифестацију позитивне повратне спреге. Поред тога, рефлексија фотона из хетероуклекције доводи до смањења њихове концентрације у подручју ниског појачања, а тиме и повећања ефикасности читавог уређаја.
Ласерска диода са квантним бушотинама је распоређена у складу са принципом диоде ДГС-а, али са суптилнијим активним подручјем. То значи да се елементарне честице, које падају у такву потенцијалну јаму, почињу кретати у једној равнини. Ефекат квантизације у овом случају замењује потенцијалну баријеру и служи као генератор зрачења.
Недовољна ефикасност одржавања светлосног флукса у ДГС диодама довела је до стварања хетероструктурираних ласера са одвојеним садржајем. У овом моделу, кристал је додатно прекривен слојем материјала са сваке стране. Упркос нижем коефицијенту преламања ових слојева, они поуздано држе честице, делујући као лагани. СЦХ технологија има водећу позицију у производњи диодаласери
Дистрибуирана повратна спрега ласерска диода (РИС) је део оптичке опреме у области изградње телекомуникационих система. Таласна дужина ласера РОС ласера је константа, која се постиже наношењем попречног уметка на полупроводник у области п-н-споја. Рез се обавља функцијом дифракцијске решетке, чиме се фотони претварају у резонатор само из једне (дате) таласне дужине. Ови кохерентни фотони су укључени у амплификацију.
Површински монтирана ласерска диода са вертикалном шупљином или вертикално емитованим ласером (ВЦСЕЛ), за разлику од претходно разматраних уређаја, емитује зраку светлости која је окомита на површину кристала. Дизајн ВЦСЕЛ-а заснива се на употреби вертикалних оптичких микропрекидача са огледалима, као и на постизању ДХС и квантних бунара. Предност ВЦСЕЛ технологије је стабилност температуре и радијације, могућност групне производње кристала и њихово испитивање директно у фази производње.
ВЦСЕЛ модификација је ХИВ са спољним резонатором (ЕНГ - ВЕЦСЕЛ). Оба ласерска диода позиционирана су као уређаји велике брзине са могућношћу да убудуће омогуће пријенос података брзином до 25 Гбпс кроз оптичку комуникацију.
врсте случајева
Популаризација ласерских диода приморала је произвођаче да самостално развијају нове типове случајева. Узимајући у обзир њихову специфичну намјену, компанија је издала све више нових врста заштите и хлађења кристаладовела до недостатка уједињења. Тренутно не постоје међународни стандарди који регулишу случај ласерских диода.
Покушавајући да уведе ред, велики произвођачи склапају споразум о уједињењу зграда. Међутим, пре практичне примене непознате ласерске диоде, увек је потребно разјаснити сврху закључака и таласну дужину зрачења, упркос познатом типу тела. Међу комерцијално доступним полупроводничким ласерима најчешће се сусрећу два типа са следећим случајевима.
1 Уређаји са отвореним оптичким каналом:
- ТО-цан (метал-цан пакет транзистора-ван-линије). Кућиште је израђено од метала и користи се у производњи транзистора;
- Ц-моунт; Д-моунт.
2 Оптички уређаји:
- ДИЛ (Дуал-Ин-Лине);
- ДБУТ (Дуал-Буттерфли);
- СБУТ (Сингле-Буттерфли).
апликација
Сваки тип ласерске диоде проналази практичну примену због својих јединствених карактеристика. Трошкови узорака мале снаге пали су понекад, што доказује њихова употреба у дечијим играчкама и показивачу. Опремљени су ласерским рулет-даљиномерима, што омогућава једној особи да проведе раздаљине на даљину и повезане прорачуне. Рад на баркод читачима, компјутерским манипулаторима и ДВД плејерима заснива се на црвеним ласерима. Неки типови се користе у спровођењу истраживања и пумпању других ласера.
Најтраженије ласерске диоде за пренос података у оптичким мрежама. Нови ВЦСЕЛ модели пружају брзину отварања од 10 Гб /сдодатне карактеристике за комплекс телекомуникационих услуга, укључујући:
- доприносе расту брзине Интернета;
- побољшање телефонске и видео комуникације;
- повећати квалитет телевизијског пријема.
Побољшање ласерске диоде резултирало је повећаним вијеком трајања, што је сада успоредиво с дуготрајним кваром свјетлосних диода. Смањење струје пумпе повећало је поузданост уређаја, а њихов допринос развоју техничког напретка није мањи од осталих електронских компоненти.
