Cấu trúc của Diode / Laser bán dẫn
Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về cấu trúc của laser diode / bán dẫn. Cũng tìm hiểu về nguyên tắc hoạt động của nó.
Những laser này mặc dù thuộc loại laser trạng thái rắn, chúng khác nhau đáng kể về chi tiết hoạt động so với các laser trạng thái rắn khác như laser ruby và Nd: YAG, vì vậy được coi là một loại riêng biệt.
Một laser bán dẫn về cơ bản là một diode pin. Một điểm nối pin được hình thành bằng cách đưa một chất bán dẫn loại p và loại n tiếp xúc với nhau với một lớp hoạt động nội tại giữa chúng. Khi một dòng điện được truyền qua một thiết bị như vậy, ánh sáng laser xuất hiện từ vùng tiếp giáp. Sản lượng điện bị hạn chế nhưng chi phí thấp, kích thước nhỏ và hiệu quả tương đối cao làm cho các laser này rất phù hợp cho nhiều ứng dụng.
Những laser này có cấu tạo tương tự như một bóng bán dẫn hoặc một diode bán dẫn. Các laser bán dẫn thông thường sử dụng gallium, asen và nhôm thường phát ra các xung hồng ngoại có bước sóng 0, 8 đến 0, 9m với công suất theo thứ tự watts. Nghiên cứu với các vật liệu mới, ví dụ, indi và phốt pho đã tạo ra chùm tia laser có bước sóng dài hơn từ 1, 1 đến 1, 6 Thaym, làm tăng hiệu quả truyền ánh sáng trong sợi quang.
Nghiên cứu mới nhất trong lĩnh vực laser bán dẫn đã dẫn đến sự phát triển chùm tia laser có bước sóng ngắn hơn như nhìn thấy được, đặc biệt là từ vùng màu đỏ của quang phổ. Hình 14.43 cho thấy khái niệm cơ bản về thiết lập cho bán dẫn hoặc Diode Laser.
Kể từ khi được phát minh vào năm 1962, laser bán dẫn đã đi một chặng đường dài mặc dù với tốc độ chậm. Sự tiến bộ chậm chạp này trong lĩnh vực này có thể được quy cho là do không có sẵn các kỹ thuật để chế tạo vật liệu bán dẫn có độ tinh khiết mong muốn và thiếu thiết bị điện tử trạng thái rắn.
Tuy nhiên, sự tăng trưởng gần đây trong hồ sơ này là rất hứa hẹn và laser bán dẫn dự kiến sẽ thay thế các laser trạng thái rắn và khí thông thường. Điều này là do chúng mang lại nhiều ưu điểm độc đáo, ví dụ, kích thước nhỏ gọn, hiệu suất cao (lên đến 20%), không có khả năng bước sóng, tiêu thụ điện năng thấp, khả năng điều chế đầu ra trực tiếp và tương thích với sản xuất hàng loạt.
Nguyên lý hoạt động:
Laser bán dẫn là một hệ thống laser hai cấp. Trạng thái laser trên là dải dẫn và trạng thái dưới là dải hóa trị. Các tia laser được phát ra từ khoảng cách dải của chất bán dẫn. Để bắt đầu hành động bắt đầu, cần phải có đủ lợi ích thông qua sự đảo ngược dân số giữa hóa trị và các thương hiệu dẫn. Sự đảo ngược dân số như vậy có thể được tạo ra bằng cách bơm bên ngoài bằng laser, chùm điện tử hoặc đèn flash; tuy nhiên, trong hầu hết các laser bán dẫn có bán trên thị trường, điều này bị ảnh hưởng bởi bơm bên trong, tức là do bơm điện sử dụng tiếp giáp PN.
Có rất nhiều thiết kế của laser bán dẫn. Một số trong những người quan trọng hơn bao gồm:
1. Laser phản hồi phân tán (DFB).
2. Laser kết hợp-Cavity.
3. Laser lượng tử.
4. Laser phát ra bề mặt.
5. Laser hồng ngoại và tia nhìn thấy được.
Các loại cấu trúc khác nhau như sau:
(i) Laser diện rộng,
(ii) Laser có hướng dẫn đạt được,
(iii) Laser theo chỉ số hàng tuần,
(a) Laser hướng dẫn sóng,
(b) Laser hướng dẫn sóng sườn,
(iv) Laser hướng dẫn chỉ số mạnh mẽ.
Công suất đầu ra từ các laser bán dẫn / diode thay đổi từ 1 mW đối với các laser đơn thành 0, 5 W đối với các mảng được khóa pha của các điốt được chế tạo trong một đế chung. Hiệu quả có thể cao tới 20% đối với laser diode. Những laser này có thể được vận hành cả ở chế độ sóng liên tục (CW) hoặc sóng xung (PW) với tốc độ lặp lại cao.
