Mi az a lézerdióda?
A lézerdióda (félvezető lézer) egy elektronikus eszköz, amely félvezető pn átmenetet használ az áram fényenergiává alakítására és lézer előállítására. A lézerdióda kiváló irányíthatósággal és egyenességgel rendelkezik. Könnyű energiaszabályozású fényforrásként széles körben használják optikai kommunikációban, gyógykezelésben, érzékelésben, adattárolásban, szabadidőben és szórakoztatásban. Alapelve az elektronok és lyukak rekombinációja során keletkező fény felhasználása.
A lézerdiódákat félvezető lézereknek is nevezik. A "lézer" a "fényerősítés stimulált sugárzással" rövidítése, ami azt jelenti, hogy "stimulált fénykibocsátás". Még ha a természetes fény és a LED fény hullámhossza állandó is, a fáziskülönbségük nem állandó, és a hullámforma nem egyenletes. A lézer egy "koherens" fény, amely csak egy meghatározott hullámhosszt erősít fel. A koherens fényforrások állandó fáziskülönbséggel és konzisztens hullámformával rendelkeznek, és az interferencia segítségével nagyon kicsire (néhány um~) lehet fókuszálni, így különféle alkalmazásokban használhatók, például optikai kapcsolókban és optikai modulációban.
Történelem és fejlődés
A lézerdiódák története 1917-ben kezdődött, amikor Albert Einstein először fogalmazta meg a "stimulált sugárzás-emisszió" jelenségét, lefektetve az összes lézertechnológia alapjait. Később a német John von Neumann egy kiadatlan kéziratban leírta a félvezető lézerek fogalmát 1953-ban. 1957-ben az amerikai Gordon Gould azt javasolta, hogy a stimulált sugárzás emissziót fel lehetne használni a fény erősítésére, és ezt nevezte el "LASER-nek (Light Amplification by Stimulated Emission of Sugárzás)". Ily módon, ahogy a különböző országok tudósai tovább haladtak a lézerek kutatásában, 1962-ben megjelent a gallium-arzenid (GaAs) félvezető lézer homojunkciós szerkezete, és a koherens fénytechnológiát ténylegesen igazolták. Ugyanebben az évben a látható fény oszcillációja is sikeres volt. Ennek a korszaknak a félvezető lézereinek azonban problémái voltak a szobahőmérsékleten történő folyamatos oszcillációval. 1970-ben a kettős heterostruktúrák felfedezése lehetővé tette a folyamatos oszcillációt szobahőmérsékleten. Az 1970-es évek után a félvezető lézertechnológia gyorsan fejlődött, és széles körben alkalmazták különböző területeken.
A lézerdiódák fénykibocsátó elve
A lézerdiódák olyan félvezető eszközök, amelyek meghatározott hullámhosszú lézerfényt bocsátanak ki. Alapszerkezete egy p-típusú félvezetőből és egy n-típusú félvezetőből álló pn átmenetből, egy fényt kibocsátó aktív rétegből és egy fényt visszaverő bevonatos tükörből áll. A lézerdiódák fénykibocsátó elve az, hogy amikor áram folyik, az elektronok és a lyukak rekombinálódnak, és a kisugárzott fotonok felerősödnek az aktív rétegben, és visszaverődnek a rezonátorban, így lézerfény keletkezik. Először is értsük meg a lézerdiódák és LED-ek által közösen használt "fénykibocsátó félvezetők" alapvető felépítését és fénykibocsátó elvét.
A diódák alapfelépítése és anyagai
A félvezetők olyan anyagok, amelyek vezetőképességgel rendelkeznek az elektromosságot vezető „vezetők” és az elektromosságot nehezen vezető „szigetelők (nem vezetők)” között. A vezetők közé tartoznak a fémanyagok, például a vas és az arany, a szigetelők pedig olyan anyagok, mint a gumi és az üveg. A félvezetők úgy szabályozhatják az elektromos áram áramlását, hogy vezetővé vagy nem vezetővé teszik őket. Ezen túlmenően egyes felhasználási módokban a fényenergia és az elektromos energia közötti energiaátalakítás is végrehajtható.
Általában a diódák alkatrészei főként szilíciumból (Si) készülnek. A szilícium (Si) a legjellemzőbb félvezető anyag. A szilícium a természetben "szilícium-dioxid (SiO2: kő, amelynek fő összetevője a szilícium-dioxid)" formájában létezik, és erőforrásokban gazdag anyag. Sok félvezető termékben széles körben használják, mivel könnyen feldolgozható.
A szilícium (Si) mint félvezető anyag eredetileg szigetelő, és szinte nincs hordozója szabad elektronnak. Ezért, ha a szilíciumhoz (Si) más szennyeződéseket adnak a szilícium (Si) hordozókoncentrációjának növelése érdekében, a vezetőképessége megnő. Azokat a félvezetőket, amelyek ilyen szennyeződések hozzáadásával növelik a hordozót, "szennyező félvezetőknek" nevezik. A hordozók szabad elektronokat és szabad lyukakat tartalmaznak. Közülük a szabad elektronhordozókat növelő félvezetőket "n-típusú félvezetőknek", a szabad lyukhordozókat növelő félvezetőket pedig "p-típusú félvezetőknek" nevezik.
* p-típusú félvezető (+: pozitív, sok lyukkal rendelkező félvezető), n-típusú félvezető (-: negatív, sok elektronos félvezető)
A dióda eleme egy olyan szerkezet, amelyben egy p-típusú félvezető és egy n-típusú félvezető össze van kötve, amit "pn-átmenetnek" nevezünk. A p-típusú félvezető érintkezőjét „anódnak”, az n-típusú félvezető érintkezőjét „katódnak” nevezzük. Az áram az anódról a katódra folyik.
A dióda fénykibocsátás elve
Ha előremenő feszültséget kapcsolunk egy pn átmenet elemre, a lyukak (pozitív) és elektronok (negatívak) a csomópont felé mozognak, és egyesülnek. Az ekkor keletkező többletenergiát fényenergiává alakítják, ezáltal fénykibocsátást érnek el. Ezt a jelenséget "összetett fénykibocsátásnak" nevezik.
A lézerdiódák osztályozhatók a fénykibocsátás iránya szerint.
Edge Emitting Laser (EEL): Olyan szerkezet, amely a félvezető hasítási felületét használja reflektorként, hogy fényt bocsát ki a hasítási felületről.
Felületkibocsátó lézer (SEL): Olyan szerkezet, amely függőlegesen bocsát ki fényt a félvezető hordozó felületéről.
Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL): A félvezető hordozó felületének függőleges irányában optikai rezonáns üreg képződik, és a kibocsátott lézersugár merőleges a hordozó felületére. Jellemzői az alacsony küszöbáram, a nagy sebességű moduláció alacsony áramerősséggel és a jó hőmérséklet-stabilitás, és széles körben használják az optikai kommunikációban és az érzékelők területén.
Ezek a különböző típusú lézerdiódák eltérő jellemzőkkel rendelkeznek, és jellemzőik alapján jelenleg sokféle alkalmazásban használatosak.
A lézerdiódák élettartama
A lézerdiódák átlagos élettartama a működési környezettől (működési hőmérséklet, statikus elektromosság, tápfeszültség zaja stb.) függ, és általában úgy gondolják, hogy normál körülmények között körülbelül 10,{1}} órán keresztül folyamatosan világítanak. (a ház hőmérséklete 25 fok). Ha használat közben az üzemi hőmérséklet magas, az élettartam lerövidül, és az elektrosztatikus kisülés (ESD) is meghibásodást okozhat. Ezenkívül a tápfeszültség által keltett túlfeszültség és zaj szintén károsíthatja a lézerelemet.
A lézerdióda hosszú távú használatához az olyan intézkedések, mint a hőelvezetés, például a hűtőbordák, az elegendő antisztatikus és túlfeszültség elleni intézkedések, a zajszűrők használata és a teljesítmény szabályozása a szükséges minimális szintre hatékonyan kiterjeszthetik az élettartam.
A lézer által kibocsátott fény nagy teljesítménysűrűséggel rendelkezik. Helytelen használat esetén már kis mennyiségű kibocsátás is károsíthatja az emberi szervezetet, ami nagyon veszélyes. Ezért használat előtt megfelelő biztonsági intézkedéseket kell tenni.
A címünk
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District
Telefonszám
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
