Naturalne białe światło składa się ze wszystkich kolorów VIBGYOR widma światła widzialnego, które jest szerokim, szerokim pasmem wielu różnych częstotliwości. Zwykłe diody LED dają strumień świetlny składający się często z jednego koloru, ale nawet to światło zawiera fale elektromagnetyczne, które obejmują dość szerokie pasmo częstotliwości. System soczewek skupiający światło ma stałą ogniskową, ale ogniskowa wymagana do ogniskowania różnych długości fal (kolorów) światła jest inna. Dlatego każdy kolor będzie skupiał się w różnych punktach, powodując „aberrację chromatyczną”. Plik światło diody laserowej zawiera tylko jedną częstotliwość. Dlatego może być zogniskowany nawet przez prosty system soczewek do bardzo małego punktu. Nie ma aberracji chromatycznej, ponieważ istnieje tylko jedna długość fali, a także cała energia ze źródła światła jest skoncentrowana w bardzo małej plamce światła. LASER to akronim oznaczający wzmocnienie światła przez stymulowaną emisję promieniowania.
Aberracja chromatyczna
Budowa diody laserowej
Powyższy rysunek przedstawia uproszczoną konstrukcję diody laserowej, która jest podobna do a dioda elektroluminescencyjna (LED) . Wykorzystuje arsenek galu domieszkowany pierwiastkami takimi jak selen, aluminium lub krzem do produkcji typu P i typu N materiały półprzewodnikowe . Podczas gdy dioda laserowa ma dodatkową aktywną warstwę niedomieszkowanego (wewnętrznego) arsenku galu, ma grubość zaledwie kilku nanometrów, umieszczoną pomiędzy warstwami P i N, skutecznie tworząc Dioda PIN (typ P-Intrinsic-N) . To w tej warstwie wytwarzane jest światło lasera.
Budowa diody laserowej
Jak działa dioda laserowa?
Każdy atom, zgodnie z teorią kwantową, może wytwarzać energię tylko w ramach pewnego dyskretnego poziomu energii. Zwykle atomy są w najniższym stanie energetycznym lub w stanie podstawowym. Kiedy źródło energii podane atomom w stanie podstawowym może być pobudzone, aby przejść do jednego z wyższych poziomów. Ten proces nazywa się wchłanianiem. Po bardzo krótkim przebywaniu na tym poziomie atom wraca do swojego pierwotnego stanu podstawowego, emitując w tym procesie foton. Proces ten nazywamy emisją spontaniczną. Te dwa procesy, absorpcja i emisja spontaniczna, zachodzą w konwencjonalnym źródle światła.
Zasada działania lasera
W przypadku, gdy atom, jeszcze w stanie wzbudzonym, zostanie uderzony przez zewnętrzny foton posiadający dokładnie taką energię, jaka jest potrzebna do spontanicznej emisji, foton zewnętrzny jest zwiększany o ten oddany przez wzbudzony atom, ponadto oba fotony są uwalniane z ten sam stan wzbudzony w tej samej fazie. Ten proces, zwany emisją wymuszoną, ma fundamentalne znaczenie dla działania lasera (pokazany na powyższym rysunku). W tym procesie kluczem jest foton o dokładnie takiej samej długości fali, jak emitowane światło.
Wzmocnienie i odwrócenie populacji
Gdy powstają sprzyjające warunki dla stymulowanej emisji, coraz więcej atomów jest zmuszonych do emitowania fotonów, inicjując w ten sposób reakcję łańcuchową i uwalniając ogromną ilość energii. Skutkuje to gwałtownym nagromadzeniem energii emitowania jednej określonej długości fali (światła monochromatycznego), poruszającej się spójnie w określonym, ustalonym kierunku. Proces ten nazywany jest wzmocnieniem poprzez stymulowaną emisję.
Liczba atomów na dowolnym poziomie w danym czasie nazywana jest populacją tego poziomu. Zwykle, gdy materiał nie jest wzbudzany zewnętrznie, populacja na niższym poziomie lub w stanie podstawowym jest większa niż na poziomie wyższym. Kiedy populacja na wyższym poziomie przekracza populację na niższym poziomie, co jest odwróceniem normalnego obłożenia, proces nazywa się inwersją populacji. Ta sytuacja ma zasadnicze znaczenie dla akcji lasera. Do każdej emisji wymuszonej.
Konieczne jest, aby górny poziom energii lub osiągnięty stan stabilny miał długą żywotność, tj. Atomy powinny zatrzymywać się w osiągniętym stanie stabilnym na dłużej niż na poziomie niższym. Zatem dla działania lasera mechanizm pompujący (wzbudzanie źródłem zewnętrznym) powinien pochodzić z takiego, aby utrzymać większą populację atomów na wyższym poziomie energii w porównaniu z poziomem na niższym poziomie.
Konieczne jest, aby górny poziom energii lub osiągnięty stan stabilny miał długą żywotność, tj. Atomy powinny zatrzymywać się w osiągniętym stanie stabilnym na dłużej niż na poziomie niższym. Zatem dla działania lasera mechanizm pompujący (wzbudzanie źródłem zewnętrznym) powinien pochodzić z takiego, aby utrzymać większą populację atomów na wyższym poziomie energii w porównaniu z poziomem na niższym poziomie.
Sterowanie diodą laserową
Dioda laserowa działa przy znacznie wyższym prądzie, zwykle około 10 razy większym niż zwykła dioda LED. Poniższy rysunek porównuje wykres strumienia świetlnego zwykłej diody LED i diody laserowej. W przypadku diod LED moc światła stale rośnie wraz ze wzrostem prądu diody. Jednak w diodzie laserowej światło lasera nie jest wytwarzane, dopóki aktualny poziom nie osiągnie poziomu progowego, gdy zacznie się pojawiać emisja wymuszona. Prąd progowy jest zwykle większy niż 80% maksymalnego prądu, który przepłynie urządzenie, zanim zostanie zniszczone! Z tego powodu prąd płynący przez diodę laserową musi być dokładnie regulowany.
Porównanie diody LED
Innym problemem jest to, że emisja fotonów jest bardzo zależna od temperatury, dioda pracuje już blisko swojej granicy, przez co nagrzewa się, zmieniając ilość emitowanego światła (fotonów) i prąd diody. Do czasu, gdy dioda laserowa działa wydajnie, jest na krawędzi katastrofy! Jeśli prąd zmniejszy się i spadnie poniżej prądu progowego, emisja wymuszona zanika tylko trochę za dużo prądu i dioda zostaje zniszczona.
Ponieważ warstwa aktywna jest wypełniona oscylującymi fotonami, część (zwykle około 60%) światła ucieka wąską, płaską wiązką z krawędzi chipa diody. Jak pokazano na poniższym rysunku, część światła szczątkowego ucieka również po przeciwnej krawędzi i jest do tego przyzwyczajona aktywować fotodiodę , który przekształca światło z powrotem w prąd elektryczny. Prąd ten jest używany jako sprzężenie zwrotne do obwodu automatycznego sterownika diody, mierząc aktywność diody laserowej i upewniając się, kontrolując prąd przez diodę laserową, że prąd i strumień świetlny pozostają na stałym i bezpiecznym poziomie.
Sterowanie diodą laserową
Zastosowania diody laserowej
Moduły diod laserowych są idealne do zastosowań takich jak przyrządy przyrodnicze, przemysłowe lub naukowe. Moduły diod laserowych są dostępne w szerokiej gamie długości fal, mocy wyjściowych lub kształtów wiązki.
Lasery małej mocy są wykorzystywane w coraz większej liczbie znanych aplikacji, w tym w odtwarzaczach i nagrywarkach CD i DVD, czytnikach kodów kreskowych, systemach bezpieczeństwa, komunikacji optycznej i narzędziach chirurgicznych
Zastosowania przemysłowe: Grawerowanie, cięcie, żłobienie, wiercenie, spawanie itp.
Zastosowania medyczne usuwają niechciane tkanki, diagnostyka komórek nowotworowych za pomocą fluorescencji, leki stomatologiczne. Ogólnie rzecz biorąc, wyniki przy użyciu laserów są lepsze niż wyniki przy użyciu noża chirurgicznego.
Diody laserowe używane w telekomunikacji: W dziedzinie telekomunikacji diody laserowe o pasmach 1,3 μm i 1,55 μm stosowane jako główne źródło światła dla laserów z włókna krzemionkowego mają mniejsze straty transmisji w paśmie. Dioda laserowa z innym pasmem służy do pompowania źródła do wzmocnienia optycznego lub do krótkodystansowego łącza optycznego.
A więc o to chodzi Konstrukcja diody laserowej i jego zastosowania. Jeśli jesteś zainteresowany budowanie projektów opartych na diodach LED samodzielnie, możesz zwrócić się do nas, zamieszczając swoje zapytania lub innowacyjne przemyślenia w sekcji komentarzy poniżej, oto pytanie do Ciebie, Jaka jest funkcja diody laserowej?
