Что такое лазерный диод?

Что такое лазерный диод?

Лазерный диод — это устройство, использующее полупроводниковый механизм, известный как рекомбинационное излучение. Слово «лазер» является аббревиатурой от «Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation», где излучение — это свет.

Цвет лазера определяется элементами, из которых состоит полупроводник. Некоторые лазеры работают при комнатной температуре, в то время как другим требуется охлаждение, в зависимости от структуры резонатора и выходной мощности.

Разница между лазерными диодами и светодиодами заключается в том, что лазерные диоды соответствуют требованиям лазерной генерации. Изменения длины волны и амплитуды света также намного меньше в лазерных диодах.

Применение лазерных диодов

Лазерные диоды (ЛД) широко используются в потребительском информационном оборудовании из-за их небольшого размера, низкого энергопотребления и низкой стоимости. Они также легкие, эффективные и высоконадежные.

Они используются в считывателях штрих-кодов, в оптических датчиках для оптических приводов, таких как CD, DVD и BD, копировальных аппаратах, лазерных принтерах и устройствах связи на основе оптического волокна. Высокомощные лазерные лучи также используются в лазерных маркерах и лазерных обрабатывающих машинах.

Устойчивость к диффузии и большая дальность действия лазерного света делают их пригодными для использования в геодезических приборах и лазерных указках для наведения на объекты. Поскольку они излучают когерентный свет, они идеально подходят для нивелирования и выравнивания.

Принципы работы лазерных диодов

В лазерных диодах когерентный свет излучается путем рекомбинации отверстий («отверстия» здесь означают пространства, из которых были освобождены электроны) и электронов при подаче напряжения.

Испускаемый фотон заставляет другой электрон рекомбинировать с дыркой один за другим, испуская фотоны, так что генерируемый свет имеет ту же фазу и длину волны. Поскольку длина волны света всегда постоянна, он используется в считывателях штрих-кодов, лазерных указках, волоконно-оптических коммуникациях и других приложениях, требующих постоянного количества света.

Другая информация о лазерных диодах

1. Характеристики лазерных диодов

Кривая L/I используется для понимания спецификаций лазерных диодов. Эта кривая позволяет нам отслеживать ток возбуждения, подаваемый выходной интенсивностью света.

Эта кривая используется для определения рабочей точки (ток возбуждения при номинальном выходе излучения) и порогового тока (начальный ток лазерной генерации) на лазере, а также используется для определения тока, необходимого для получения высокой выходной мощности при определенном токе.

Читая эту кривую, можно увидеть, что оптический выход сильно зависит от температуры, и что с ростом температуры параметры лазера уменьшаются. Это позволяет визуализировать и оценить эффективность лазерных диодов, включив кривую L/I.

2. Лазерные диоды против светодиодов

Хотя оба классифицируются как электроэлектронные компоненты, светодиоды (LED) имеют разрозненные фазы, поэтому световые лучи рассеиваются радиально; в отличие от них, лазерные диоды находятся в фазе друг с другом, что приводит к линейному лучу света. Свет, излучаемый лазером, также является монохроматическим, то есть это яркое одноцветное излучение. Более того, лазерный свет стимулируется для излучения когерентно и эффективно, в то время как светодиоды используют эффект электролюминесценции, который является худшим.

Поэтому светодиоды имеют неблагоприятную характеристику, заключающуюся в том, что их излучаемый свет не будет легко проникать в волокно с небольшой системой сердцевины из-за широкой поверхности светоизлучающего слоя. С другой стороны, лазерные диоды имеют узкий излучающий слой, что позволяет свету легко проникать в волокно с небольшой системой сердцевины.

И поскольку лазерные диоды излучают фотоны, сталкивая каждый излучаемый фотон с другим атомом, производимый свет является когерентным, а световой луч — монохроматическим. Напротив, свет, производимый светодиодом, является некогерентным, а излучаемый свет состоит из различных цветов.

3. Срок службы лазерного диода

Средний срок службы лазерных диодов варьируется в зависимости от условий эксплуатации (рабочая температура, статическое электричество, скачки напряжения) и обычно составляет от 10 000 до 50 000 часов.

В следующем разделе рассматривается рабочая температура как переменная среди факторов окружающей среды, которые влияют на средний срок службы лазерных диодов.

Считается, что рабочая температура сокращает срок службы вдвое, когда рабочая температура повышается на 10 °C. Если рабочая температура продолжает расти выше максимальной рабочей температуры, то лазерные диоды с большей вероятностью будут повреждены, а их долгосрочные характеристики ухудшатся. Скорость деградации при рабочих температурах увеличивается экспоненциально с рабочей температурой.

Поэтому рекомендуется использовать радиаторы (излучающие пластины) для уменьшения влияния рабочей температуры и увеличения светового потока. Радиаторы рассеивают тепловую энергию, генерируемую силовыми электроэлектронными компонентами. Пассивное охлаждение является одним из решений, но доступны и устройства активного охлаждения. К ним относятся механизмы воздушного и водяного охлаждения.