Přirozené bílé světlo je tvořeno všemi barvami VIBGYOR spektra viditelného světla, což je široké široké pásmo mnoha různých frekvencí. Obyčejné LED diody poskytují světelný výstup, který se často skládá z jedné barvy, ale i to světlo obsahuje elektromagnetické vlny, které pokrývají poměrně široké pásmo frekvencí. Systém čoček zaostřujících na světlo má pevnou ohniskovou vzdálenost, ale ohnisková vzdálenost potřebná k zaostření různých vlnových délek (barev) světla se liší. Každá barva proto zaostří na různé body, což způsobí „chromatickou aberaci“. The laserové diodové světlo obsahuje pouze jednu frekvenci. Proto jej lze zaostřit i pomocí jednoduchého systému čoček na extrémně malý bod. Neexistuje žádná chromatická aberace, protože existuje pouze jedna vlnová délka, a také veškerá energie ze světelného zdroje je koncentrována do velmi malého světelného bodu. LASER je zkratka pro zesílení světla stimulovanou emisí záření.
Chromatická aberace
Konstrukce laserové diody
Výše uvedený obrázek ukazuje zjednodušenou konstrukci laserové diody, která je podobná a světelná dioda (LED) . K výrobě typu P a N používá arzenid gália dotovaný prvky, jako je selen, hliník nebo křemík. polovodičové materiály . Zatímco laserová dioda má další aktivní vrstvu nedopovaného (vnitřního) arsenidu gália, má tloušťku jen několik nanometrů, vloženou mezi P a N vrstvu, čímž účinně vytváří PIN dioda (typ P - vnitřní - typ N) . Právě v této vrstvě vzniká laserové světlo.
Konstrukce laserové diody
Jak funguje laserová dioda?
Každý atom podle kvantové teorie může energie pouze v rámci určité diskrétní energetické úrovně. Atomy jsou normálně ve stavu nejnižší energie nebo v základním stavu. Když může být zdroj energie daný atomům v základním stavu vzrušen, aby šel na jednu z vyšších úrovní. Tento proces se nazývá absorpce. Poté, co atom zůstane na této úrovni po velmi krátkou dobu, se atom vrátí do počátečního základního stavu a emituje foton v procesu. Tento proces se nazývá spontánní emise. Tyto dva procesy, absorpce a spontánní emise, probíhají v konvenčním zdroji světla.
Princip laserové akce
V případě, že atom, který je stále v excitovaném stavu, je zasažen vnějším fotonem, který má přesně energii potřebnou pro spontánní emise, vnější foton se zvýší o ten, který se vzdá vzrušeného atomu. Navíc jsou oba fotony uvolněny z stejný vzrušený stav ve stejné fázi, Tento proces, nazývaný stimulovaná emise, je zásadní pro působení laseru (znázorněno na obrázku výše). V tomto procesu je klíčem foton, který má přesně stejnou vlnovou délku jako vlnová délka emitovaného světla.
Zesílení a inverze populace
Jsou-li vytvořeny příznivé podmínky pro stimulovanou emisi, je stále více atomů nuceno emitovat fotony, čímž iniciuje řetězovou reakci a uvolňuje obrovské množství energie. To má za následek rychlé nahromadění energie vyzařující jednu konkrétní vlnovou délku (monochromatické světlo), pohybující se koherentně v určitém pevném směru. Tento proces se nazývá zesílení stimulovanou emisí.
Počet atomů na jakékoli úrovni v daném čase se nazývá populace této úrovně. Normálně, když materiál není excitován externě, je populace dolní úrovně nebo základního stavu větší než populace horní úrovně. Když populace na vyšší úrovni překročí populaci na nižší úrovni, což je obrácení normální obsazenosti, proces se nazývá inverze populace. Tato situace je nezbytná pro laserovou akci. U jakékoli stimulované emise.
Je nutné, aby horní energetická úroveň nebo splněný stabilní stav měly dlouhou životnost, tj. Atomy by se měly ve splněném stabilním stavu pozastavit déle než na nižší úrovni. U laserové akce by tedy čerpací mechanismus (vzrušující s externím zdrojem) měl být takový, aby udržoval vyšší populaci atomů v horní energetické úrovni ve srovnání s nižší úrovní.
Je nutné, aby horní energetická úroveň nebo splněný stabilní stav měly dlouhou životnost, tj. Atomy by se měly ve splněném stabilním stavu pozastavit déle než na nižší úrovni. U laserového působení by tedy čerpací mechanismus (vzrušující s externím zdrojem) měl být takový, aby udržoval vyšší populaci atomů v horní energetické úrovni ve srovnání s nižší úrovní.
Ovládání laserové diody
Laserová dioda pracuje s mnohem vyšším proudem, obvykle asi 10krát větším než normální LED. Níže uvedený obrázek porovnává graf světelného výkonu normální LED a laserové diody. U LED se světelný výkon stabilně zvyšuje se zvyšujícím se proudem diody. V laserové diodě se však laserové světlo nevyrábí, dokud aktuální úroveň nedosáhne prahové úrovně, když začne docházet ke stimulované emisi. Prahový proud je normálně více než 80% maximálního proudu, kterým zařízení projde před zničením! Z tohoto důvodu musí být proud procházející laserovou diodou pečlivě regulován.
Porovnání LED
Dalším problémem je, že emise fotonů je velmi závislá na teplotě, dioda je již provozována blízko svého limitu a tak se zahřívá, a proto se mění množství emitovaného světla (fotonů) a proud diody. Než laserová dioda funguje efektivně, je na pokraji katastrofy! Pokud proud klesá a klesá pod prahový proud, stimulovaná emise přestane jen o trochu více proudu a dioda je zničena.
Když je aktivní vrstva naplněna oscilačními fotony, část (typicky asi 60%) světla uniká v úzkém plochém paprsku z okraje diodového čipu. Jak je znázorněno na následujícím obrázku, zbytkové světlo uniká také na opačném okraji a je zvyklé aktivujte fotodiodu , který přeměňuje světlo zpět na elektrický proud. Tento proud se používá jako zpětná vazba do obvodu automatického budiče diody, k měření aktivity v laserové diodě, a proto se ujistěte, že řízením proudu přes laserovou diodu, že proud a světelný výstup zůstávají na konstantní a bezpečné úrovni.
Ovládání laserové diody
Aplikace laserové diody
Laserové diodové moduly jsou ideální pro aplikace, jako jsou vědy o živé přírodě, průmyslové nebo vědecké přístroje. Laserové diodové moduly jsou k dispozici v široké škále vlnových délek, výstupních výkonů nebo tvarů paprsků.
Nízkoenergetické lasery se používají ve stále více známých aplikacích, včetně přehrávačů a rekordérů CD a DVD, čteček čárových kódů, bezpečnostních systémů, optické komunikace a chirurgických nástrojů
Průmyslové aplikace: Gravírování, řezání, rýsování, vrtání, svařování atd.
Lékařské aplikace odstraňují nežádoucí tkáně, diagnostika rakovinných buněk pomocí fluorescence, zubní léky. Obecně jsou výsledky při použití laseru lepší než u chirurgického nože.
Laserové diody používané pro Telecom: V telekomunikačním poli mají laserové diody 1,3 μm a 1,55 μm používané jako hlavní světelný zdroj pro lasery z křemičitých vláken menší přenosovou ztrátu v pásmu. Laserová dioda s odlišným pásmem se používá k čerpání zdroje pro optické zesílení nebo pro optické spojení na krátkou vzdálenost.
O toto tedy jde Konstrukce laserové diody a jeho použití. Pokud máte zájem budování projektů založených na LED sami, pak se na nás můžete obrátit zveřejněním vašich dotazů nebo inovativních myšlenek v sekci komentáře níže. Zde je otázka pro vás, Jaká je funkce laserové diody?
