Looduslik valge valgus koosneb kõigist nähtava valgusspektri VIBGYOR värvidest, mis on paljude erinevate sagedustega lai lai riba. Tavalised valgusdioodid annavad valguse, mis koosneb sageli ühest värvist, kuid isegi see valgus sisaldab elektromagnetlainet, mis katab üsna laia sagedusriba. Valgust fokuseerival läätsesüsteemil on fikseeritud fookuskaugus, kuid valguse erinevate lainepikkuste (värvide) fokuseerimiseks vajalik fookuskaugus on erinev. Seetõttu keskendub iga värv erinevatele punktidele, põhjustades kromaatilist aberratsiooni. The laserdioodvalgus sisaldab ainult ühte sagedust. Seetõttu saab seda ka lihtsa objektiivisüsteemi abil fokuseerida äärmiselt väikesesse punkti. Kromaatilist aberratsiooni ei esine, kuna eksisteerib ainult üks lainepikkus, samuti on kogu valgusallikast pärinev energia koondunud väga väikeseks valguslaiguks. LASER on akronüüm valguse võimendamiseks stimuleeritud kiirguse kaudu.
Kromaatiline aberratsioon
Laserdioodide ehitus
Ülaltoodud joonisel on kujutatud laserdioodi lihtsustatud konstruktsioon, mis sarnaneb a-ga valgusdiood (LED) . P- ja N-tüüpi tootmiseks kasutab see galliumarseniidi, millele on lisatud selliseid elemente nagu seleen, alumiinium või räni pooljuhtmaterjalid . Kui laserdioodil on täiendav aktiivse (sisemise) galliumarseniidi aktiivkiht, mille paksus on ainult paar nanomeetrit P ja N kihi vahel, tekitades tõhusalt PIN-diood (P-tüüp - sisemine-N-tüüp) . Just selles kihis toodetakse laservalgust.
Laserdioodide ehitus
Kuidas laserdiood töötab?
Iga kvantteooria järgi olev aatom saab energiaid ainult teatud diskreetse energiataseme piires. Tavaliselt on aatomid madalaimas energias või põhiolekus. Kui põhiolekus olevatele aatomitele antud energiaallikas saab põnevil minna ühele kõrgematele tasanditele. Seda protsessi nimetatakse neeldumiseks. Olles sellel tasemel väga lühikese aja jooksul viibinud, naaseb aatom oma algsesse põhiseisundisse, kiirates selle käigus footoni. Seda protsessi nimetatakse spontaanseks emissiooniks. Need kaks protsessi, neeldumine ja spontaanne kiirgus, toimuvad tavapärases valgusallikas.
Lasertegevuse põhimõte
Juhul kui aatomit, mis on endiselt ergastatud olekus, tabab väline footon, millel on täpselt spontaanseks emissiooniks vajalik energia, suurendatakse välist footonit ergastatud aatomi poolt loobutuga. Pealegi vabanevad mõlemad footonid sama ergastatud olek samas faasis. See protsess, mida nimetatakse stimuleeritud emissiooniks, on lasertegevuse jaoks ülioluline (näidatud ülaltoodud joonisel). Selles protsessis on võtmeks footon, millel on täpselt sama lainepikkus kui kiirataval valgusel.
Amplifikatsioon ja rahvastiku inversioon
Kui stimuleeritud emissioonile on loodud soodsad tingimused, on üha rohkem aatomeid sunnitud kiirgama footoneid, käivitades seeläbi ahelreaktsiooni ja vabastades tohutu hulga energiat. Selle tulemuseks on ühe konkreetse lainepikkuse (monokromaatiline valgus) kiirgava energia kiire kogunemine, liikudes koherentselt kindlas kindlas suunas. Seda protsessi nimetatakse võimenduseks stimuleeritud emissiooni abil.
Aatomite arvu mis tahes tasemel teatud ajahetkel nimetatakse selle taseme populatsiooniks. Tavaliselt, kui materjal pole väliselt põnevil, on alumise või põhiseisundi populatsioon suurem kui ülemisel tasandil. Kui ülemise astme populatsioon ületab madalama taseme, mis on tavapärase hõivatuse vastupidine suund, nimetatakse protsessi populatsiooni inversiooniks. See olukord on lasertegevuse jaoks hädavajalik. Mis tahes stimuleeritud heite jaoks.
On vajalik, et ülemisel energiatasemel või täidetud stabiilsel olekul oleks pikk eluiga, st aatomid peaksid täidetud stabiilses olekus peatuma kauem kui madalamal. Seega peaks lasermõju jaoks pumpamismehhanism (põnev koos välise allikaga) olema selline, et ülemisel energiatasemel oleks suurem aatomite populatsioon kui madalamal.
On vajalik, et ülemisel energiatasemel või täidetud stabiilsel olekul oleks pikk eluiga, st aatomid peaksid täidetud stabiilses olekus peatuma kauem kui madalamal. Seega peaks lasermõju jaoks pumpamismehhanism (põnev koos välise allikaga) olema selline, et ülemisel energiatasemel oleks suurem aatomite populatsioon kui madalamal.
Laserdioodi juhtimine
Laserdioodi töötab palju suurema vooluga, tavaliselt umbes 10 korda suurem kui tavaline LED. Alloleval joonisel võrreldakse graafikut tavalise LED-i ja laserdioodi valgusvõimsusest. LED-i puhul suureneb valgusvoog pidevalt, kui dioodivool suureneb. Laserdioodis ei teki laservalgust siiski enne, kui praegune tase saavutab lävetaseme, kui stimuleeritud emissioon hakkab tekkima. Lävivool on tavaliselt üle 80% maksimaalsest voolust, mille seade enne hävitamist läbib! Sel põhjusel tuleb laserdioodi läbivat voolu hoolikalt reguleerida.
LED-i võrdlus
Teine probleem on see, et footonite kiirgus sõltub suuresti temperatuurist, diood töötab juba oma piiri lähedal ja nii kuumeneb, muutes seetõttu kiiratava valguse (footonite) hulka ja dioodivoolu. Selleks ajaks, kui laserdiood töötab tõhusalt, töötab see katastroofi äärel! Kui vool väheneb ja langeb alla lävivoolu, lakkab stimuleeritud heide veidi liiga palju voolu ja diood hävib.
Kuna aktiivne kiht on täidetud võnkuvate footonitega, siis osa (tavaliselt umbes 60%) valgusest väljub kitsa, lameda kiirena dioodikiibi servast. Nagu joonisel näidatud, väljub osa jääkvalgust ka vastasservast ja on harjunud aktiveerige fotodiood , mis muundab valguse tagasi elektrivooluks. Seda voolu kasutatakse tagasisidena automaatsele dioodidraiverile, aktiivsuse mõõtmiseks laserdioodis ja laserdioodi kaudu voolu juhtides veenduge, et vool ja valgusväljund püsiks konstantsel ja ohutul tasemel.
Laserdioodi juhtimine
Laserdioodi rakendused
Laserdioodimoodulid sobivad ideaalselt sellisteks rakendusteks nagu bioteadused, tööstus- või teadusinstrumendid. Laserdioodimoodulid on saadaval mitmesuguste lainepikkuste, väljundvõimsuste või kiirekujulistena.
Väikese energiatarbega lasereid kasutatakse üha rohkemates tuttavates rakendustes, sealhulgas CD- ja DVD-mängijad ning salvestajad, vöötkoodilugejad, turvasüsteemid, optilised sidevahendid ja kirurgilised instrumendid
Tööstuslikud rakendused: Graveerimine, lõikamine, kirjutamine, puurimine, keevitamine jne.
Meditsiinilised rakendused eemaldavad soovimatud koed, vähirakkude diagnostika fluorestsentsi, hambaravimite abil. Üldiselt on laserite kasutamisel saadud tulemused paremad kui kirurgilise noa kasutamisel saadud tulemused.
Telekomi jaoks kasutatavad laserdioodid: Telekommunikatsioonivaldkonnas ränidioksiidkiudlaserite peamise valgusallikana kasutatavatel 1,3 μm ja 1,55 μm ribalaiulistel dioodidel on sagedusribas väiksem ülekandekadu. Erineva sagedusribaga laserdioodi kasutatakse allika pumpamiseks optilise võimenduse jaoks või lühikese vahemaa optilise ühenduse jaoks.
Seega on see kõik Laserdioodi ehitus ja selle kasutusalad. Kui olete huvitatud LED-põhiste projektide ehitamine üksi, siis võite pöörduda meie poole, postitades oma päringud või uuenduslikud mõtted allpool olevasse kommentaaride jaotisesse. Siin on teile küsimus, Mis on laserdioodi funktsioon?
