Naravna bela svetloba je sestavljena iz vseh barv VIBGYOR spektra vidne svetlobe, ki je širok širokopasovni pas različnih frekvenc. Navadne LED oddajajo svetlobo, ki je pogosto sestavljena iz ene barve, vendar tudi ta vsebuje elektromagnetne valove, ki pokrivajo precej širok frekvenčni pas. Sistem leč za fokusiranje svetlobe ima fiksno goriščno razdaljo, goriščnica, potrebna za ostrenje različnih valovnih dolžin (barv) svetlobe, pa je drugačna. Zato se bo vsaka barva fokusirala na različnih točkah in povzročila 'kromatično aberacijo'. The laserska diodna svetloba vsebuje samo eno frekvenco. Zato ga lahko celo preprost sistem leč fokusira na izredno majhno točko. Kromatske aberacije ni, ker obstaja samo ena valovna dolžina, prav tako je vsa energija iz vira svetlobe koncentrirana v zelo majhno svetlobno točko. LASER je kratica za ojačanje svetlobe s spodbujenim oddajanjem sevanja.
Kromatska aberacija
Konstrukcija laserske diode
Zgornja slika prikazuje poenostavljeno konstrukcijo laserske diode, ki je podobna a svetleča dioda (LED) . Za izdelavo tipa P in N uporablja galijev arzenid, dopiran z elementi, kot so selen, aluminij ali silicij polprevodniški materiali . Medtem ko ima laserska dioda dodatno aktivno plast nedopiranega (notranjega) galijevega arzenida, ima debelino le nekaj nanometrov, stisnjeno med plastoma P in N, kar učinkovito ustvari PIN dioda (tip P-tip Intrinsic-N) . V tej plasti se proizvaja laserska svetloba.
Konstrukcija laserske diode
Kako deluje laserska dioda?
Vsak atom v skladu s kvantno teorijo lahko energije doseže le znotraj določene diskretne ravni energije. Običajno so atomi v najnižjem energetskem ali osnovnem stanju. Ko lahko vir energije, ki ga dobimo atomi v osnovnem stanju, vznemirimo, da gre na eno od višjih ravni. Ta proces se imenuje absorpcija. Ko ostane atom na tej ravni zelo kratek čas, se atom vrne v prvotno osnovno stanje in pri tem odda foton. Ta proces se imenuje spontano oddajanje. Ta dva procesa, absorpcija in spontano oddajanje, potekata v običajnem viru svetlobe.
Načelo laserskega delovanja
Če atom, ki je še vedno v vznemirjenem stanju, udari zunanji foton, ki ima natanko energijo, potrebno za spontano oddajanje, se zunanji foton poveča za tistega, ki ga odda vzbujeni atom. Poleg tega se oba fotona sprostita iz isto vzbujeno stanje v isti fazi. Ta postopek, imenovan stimulirana emisija, je bistvenega pomena za lasersko delovanje (prikazano na zgornji sliki). V tem procesu je ključ foton, ki ima popolnoma enako valovno dolžino kot svetloba, ki jo je treba oddati.
Ojačanje in inverzija prebivalstva
Ko se ustvarijo ugodni pogoji za stimulirano emisijo, je vedno več atomov prisiljenih oddajati fotone, s čimer sproži verižno reakcijo in sprosti ogromno energije. Posledica tega je hitro kopičenje energije oddajanja določene valovne dolžine (enobarvne svetlobe), ki potuje skladno v določeni, fiksni smeri. Ta proces se imenuje ojačanje s spodbujenimi emisijami.
Število atomov na kateri koli ravni v določenem času se imenuje populacija te ravni. Običajno, ko material ni navdušen navzven, je populacija na spodnjem ali spodnjem nivoju večja kot na zgornjem nivoju. Ko populacija zgornje ravni preseže populacijo spodnje ravni, kar je obrat običajne zasedenosti, se postopek imenuje inverzija prebivalstva. Ta položaj je bistvenega pomena za lasersko delovanje. Za vsako stimulirano emisijo.
Nujno je, da ima zgornja raven energije ali stabilno stanje dolgo življenjsko dobo, tj., Da se atomi v izpolnjenem stabilnem stanju zaustavijo dlje časa kot na spodnji ravni. Tako bi moral biti za lasersko delovanje črpalni mehanizem (vznemirljiv z zunanjim virom) tak, da bi ohranil večjo populacijo atomov v zgornjem nivoju energije v primerjavi z nižjim nivojem.
Nujno je, da ima zgornja raven energije ali stabilno stanje dolgo življenjsko dobo, tj., Da se atomi v izpolnjenem stabilnem stanju zaustavijo dlje časa kot na spodnji ravni. Tako bi moral biti za lasersko delovanje črpalni mehanizem (vznemirljiv z zunanjim virom) tak, da bi ohranil večjo populacijo atomov v zgornjem nivoju energije v primerjavi z nižjim nivojem.
Nadzor laserske diode
Laserska dioda deluje z veliko večjim tokom, običajno približno 10-krat večjim od običajne LED. Spodnja slika primerja graf svetlobne moči običajne LED in svetlobe laserske diode. V LED diodi se svetloba nenehno povečuje s povečanjem diodnega toka. V laserski diodi pa laserska svetloba ne nastane, dokler trenutna raven ne doseže praga, ko začne nastajati stimulirana emisija. Prag toka je običajno več kot 80% največjega toka, ki ga bo naprava prenesla, preden bo uničena! Zato je treba tok skozi lasersko diodo skrbno uravnavati.
Primerjava med LED
Druga težava je, da je emisija fotonov zelo odvisna od temperature, dioda že deluje blizu svoje meje in se zato segreje, zato se spreminja količina oddane svetlobe (fotoni) in tok diode. Ko laserska dioda deluje učinkovito, deluje na robu katastrofe! Če se tok zmanjša in pade pod prag toka, spodbujena emisija preneha le malo preveč toka in dioda se uniči.
Ko je aktivna plast napolnjena z nihajočimi fotoni, nekaj (običajno približno 60%) svetlobe uide v ozkem, ravnem žarku z roba diodnega čipa. Kot je prikazano spodaj na sliki, nekaj preostale svetlobe uhaja tudi na nasprotnem robu in je navajeno aktivirati fotodiodo , ki pretvori svetlobo nazaj v električni tok. Ta tok se uporablja kot povratna informacija na vezje samodejnega diodnega gonilnika za merjenje aktivnosti v laserski diodi in tako z nadzorom toka skozi lasersko diodo zagotovimo, da ostaneta tok in svetloba na konstantni in varni ravni.
Nadzor laserske diode
Uporaba laserske diode
Moduli z laserskimi diodami so idealni za aplikacije, kot so naravoslovje, industrija ali znanstveni instrumenti. Moduli laserskih diod so na voljo v različnih valovnih dolžinah, izhodnih močeh ali oblikah žarkov.
Laserji z majhno močjo se uporabljajo v vse več znanih aplikacijah, vključno s CD in DVD predvajalniki in snemalniki, čitalniki črtne kode, varnostnimi sistemi, optičnimi komunikacijami in kirurškimi instrumenti
Industrijska uporaba: Graviranje, rezanje, brizganje, vrtanje, varjenje itd.
Medicinske aplikacije odstranjujejo neželena tkiva, diagnostika rakavih celic s fluorescenco, zobna zdravila. Na splošno so rezultati z uporabo laserjev boljši od rezultatov s kirurškim nožem.
Laserske diode, ki se uporabljajo za telekomunikacije: Na telekomunikacijskem področju imajo pasovne laserske diode 1,3 μm in 1,55 μm, ki se uporabljajo kot glavni vir svetlobe za laserje s silicijevimi vlakni, manjšo prenosno izgubo v pasu. Laserska dioda z različnim pasom se uporablja za črpalni vir za optično ojačanje ali za optično povezavo na kratke razdalje.
Tu gre torej za to Konstrukcija laserske diode in njegove uporabe. Če vas zanima gradnja LED projektov sami, potem se lahko obrnete na nas, tako da objavite svoja vprašanja ali inovativne misli v spodnjem oddelku za komentarje. Tu je vprašanje za vas, Kakšna je funkcija laserske diode?
