A természetes fehér fényt a látható fényspektrum összes VIBGYOR színe alkotja, amely széles és széles frekvenciasáv. A szokásos LED-ek sokszor egy színből álló fénykibocsátást adnak, de még ez a fény is tartalmaz elektromágneses hullámokat, amelyek meglehetősen széles frekvenciasávot fednek le. A fényre fókuszáló lencserendszer fix gyújtótávolsággal rendelkezik, de a fény különböző hullámhosszainak (színeinek) fókuszálásához szükséges gyújtótávolság eltérő. Ezért minden szín különböző pontokra fog összpontosítani, ami „kromatikus aberrációt” okoz. A lézerdióda fény csak egyetlen frekvenciát tartalmaz. Ezért akár egy egyszerű lencserendszerrel is fókuszálható rendkívül kicsi pontig. Nincs kromatikus aberráció, mivel csak egy hullámhossz létezik, a fényforrásból származó teljes energia is egy nagyon kis fényfoltra koncentrálódik. A LASER a sugárzás stimulált sugárzása által történő fényerősítés rövidítése.
Kromatikus aberráció
Lézerdióda felépítés
A fenti ábra egy lézerdióda egyszerűsített felépítését mutatja, amely hasonló a fénykibocsátó dióda (LED) . Olyan elemekkel, mint szelén, alumínium vagy szilícium adalékolt gallium-arzenidet használ P és N típusú félvezető anyagok . Míg a lézerdiódának van egy további aktív, nem szétesett (belső) gallium-arzénrétege, amelynek vastagsága csak néhány nanométer, a P és N réteg közé szorítva, hatékonyan létrehozva egy PIN dióda (P típus-belső-N típus) . Ebben a rétegben keletkezik a lézerfény.
Lézerdióda felépítés
Hogyan működik a lézerdióda?
A kvantumelmélet szerint minden atom csak bizonyos diszkrét energiaszinteken belül képes energiákat létrehozni. Normális esetben az atomok a legalacsonyabb energiaállapotban vagy alapállapotban vannak. Amikor az alapállapotban lévő atomoknak adott energiaforrás izgatottan felkelhet a magasabb szintek egyikére. Ezt a folyamatot abszorpciónak nevezzük. Miután nagyon rövid ideig ezen a szinten tartózkodott, az atom visszatér a kezdeti alapállapotba, fotont bocsát ki a folyamat során. Ezt a folyamatot spontán emissziónak nevezzük. Ez a két folyamat, az abszorpció és a spontán emisszió, hagyományos fényforrásban zajlik le.
A lézeres működés elve
Abban az esetben, ha az atomot, még mindig gerjesztett állapotban, eltalálja egy külső foton, amely pontosan rendelkezik a spontán emisszióhoz szükséges energiával, a külső fotont megnöveli az az, amelyet a gerjesztett atom ad fel. Ezenkívül mindkét foton felszabadul a Ugyanaz a gerjesztett állapot ugyanabban a fázisban. Ez a stimulált emissziónak nevezett folyamat alapvető a lézer működéséhez (a fenti ábra mutatja). Ebben a folyamatban a kulcs az a foton, amelynek hullámhossza pontosan megegyezik a kibocsátandó fényével.
Amplifikáció és népességfordítás
Amikor a stimulált emissziónak kedvező körülményeket teremtenek, egyre több atom kénytelen fotonokat kibocsátani, ezáltal láncreakciót indítva és hatalmas mennyiségű energiát szabadítva fel. Ez egy adott hullámhossz (monokromatikus fény) kibocsátásának energiájának gyors felhalmozódását eredményezi, összefüggően haladva egy meghatározott, rögzített irányban. Ezt a folyamatot stimulált emisszióval történő amplifikációnak nevezzük.
Az atomok számát bármely szinten egy adott időpontban annak a populációnak nevezzük. Normális esetben, ha az anyagot nem izgatja külsőleg, az alsó szint vagy az alapállapot népessége nagyobb, mint a felső szinté. Amikor a felső szint népessége meghaladja az alsó szintet, ami a normális foglaltság megfordulását jelenti, a folyamatot népesség inverziónak nevezzük. Ez a helyzet elengedhetetlen egy lézeres művelethez. Minden stimulált emisszióhoz.
Szükséges, hogy a felső energiaszintnek vagy a teljesített stabil állapotnak hosszú élettartama legyen, vagyis az atomoknak a teljesített stabil állapotban hosszabb ideig kell megállniuk, mint az alsó szinten. Így a lézeres működéshez a szivattyúzási mechanizmusnak (külső forrás mellett izgalmasnak) olyannak kell lennie, hogy a felső energiaszint magasabb atompopulációját tartsa fenn az alsó szinthez viszonyítva.
Szükséges, hogy a felső energiaszintnek vagy a teljesített stabil állapotnak hosszú élettartama legyen, vagyis az atomoknak a teljesített stabil állapotban hosszabb ideig kell megállniuk, mint az alsó szinten. Így a lézeres működéshez a szivattyúzási mechanizmusnak (izgalmas külső forrás mellett) olyannak kell lennie, hogy a felső energiaszintben magasabb atompopulációt tartson fenn, mint az alsó szinten.
A lézerdióda vezérlése
A lézerdióda sokkal nagyobb árammal működik, általában körülbelül 10-szer nagyobb, mint egy normál LED. Az alábbi ábra összehasonlítja a normál LED és a lézerdióda fénykibocsátásának grafikonját. Egy LED-ben a fényteljesítmény folyamatosan növekszik, ahogy a diódaáram növekszik. Lézerdiódában azonban a lézerfény csak akkor keletkezik, ha az áramszint eléri a küszöbszintet, amikor a stimulált emisszió elkezdődik. A küszöbáram általában meghaladja az eszköz maximális áramának 80% -át, mielőtt megsemmisülne! Emiatt gondosan kell szabályozni a lézerdiódán átáramló áramot.
A LED összehasonlítása
A másik probléma az, hogy a fotonok kibocsátása nagyon függ a hőmérséklettől, a dióda már a határához közel működik, és így felmelegszik, ezért megváltozik a kibocsátott fény mennyisége (fotonok) és a dióda áram. Mire a lézerdióda hatékonyan működik, a katasztrófa szélén működik! Ha az áram csökken és a küszöbérték alá esik, akkor a stimulált emisszió kissé túl sok áramot szüntet meg, és a dióda megsemmisül.
Mivel az aktív réteget oszcilláló fotonok töltik meg, a fény egy része (általában körülbelül 60% -a) egy keskeny, lapos sugárban távozik a dióda chip széléről. Amint az az alábbi ábrán látható, némi maradék fény is távozik a szemközti élen, és megszokta aktiváljon egy fotodiódát , amely a fényt visszaalakítja elektromos árammá. Ezt az áramot visszacsatolásként használják az automatikus dióda-meghajtó áramkörhöz, a lézerdióda aktivitásának mérésére, és így a lézerdiódán keresztüli áram vezérlésével győződjön meg arról, hogy az áram és a fénykimenet állandó és biztonságos szinten marad.
A lézerdióda vezérlése
A lézerdióda alkalmazásai
A lézerdióda modulok ideálisak olyan alkalmazásokhoz, mint az élettudományi, ipari vagy tudományos műszerek. A lézerdióda modulok sokféle hullámhosszban, kimeneti teljesítményben vagy nyaláb alakban kaphatók.
Az alacsony fogyasztású lézereket egyre több ismerős alkalmazásban használják, ideértve a CD- és DVD-lejátszókat és a felvevőket, a vonalkódolvasókat, a biztonsági rendszereket, az optikai kommunikációt és a sebészeti műszereket
Ipari alkalmazások: Gravírozás, vágás, leírás, fúrás, hegesztés stb.
Az orvosi alkalmazások eltávolítják a nem kívánt szöveteket, a rákos sejtek diagnosztikáját fluoreszcencia, fogászati gyógyszerek segítségével. Általánosságban elmondható, hogy a lézerek eredményei jobbak, mint a sebészeti késsel kapott eredmények.
A távközléshez használt lézerdiódák: A távközlési területen a szilícium-dioxid-szálas lézerek fő fényforrásaként használt 1,3 μm és 1,55 μm sávú lézerdiódák kisebb átviteli veszteséggel rendelkeznek a sávban. A különböző sávú lézerdiódát a forrás szivattyúzására használják optikai erősítéshez vagy a rövid távolságú optikai összeköttetéshez.
Így erről van szó Lézerdióda felépítés és felhasználása. Ha érdekel LED alapú projektek építése önmagában, akkor forduljon hozzánk, ha kérdéseit vagy innovatív gondolatait az alábbi megjegyzések szakaszban teszi közzé. Itt van egy kérdés az Ön számára, Mi a lézerdióda funkciója?
