دیود لیزر چیست؟

دیود لیزر چیست؟

دیود لیزر (لیزر نیمه هادی) یک دستگاه الکترونیکی است که از اتصال pn نیمه هادی برای تبدیل جریان به انرژی نور و تولید لیزر استفاده می کند. دیود لیزر دارای جهت دهی و صافی عالی است. به عنوان یک منبع نور با کنترل آسان انرژی، به طور گسترده در ارتباطات نوری، درمان پزشکی، سنجش، ذخیره سازی داده ها، اوقات فراغت و سرگرمی استفاده می شود. اصل اساسی آن استفاده از نوری است که هنگام ترکیب مجدد الکترون ها و حفره ها ایجاد می شود.

دیودهای لیزر را "لیزرهای نیمه هادی" نیز می نامند. "Laser" مخفف "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" است که به معنای "گسیل تحریک شده تقویت نور" است. حتی اگر طول موج نور طبیعی و نور LED ثابت باشد، اختلاف فاز آنها ثابت نیست و شکل موج یکنواخت نیست. لیزر نور "همدوس" است که فقط یک طول موج خاص را تقویت می کند. منابع نور منسجم دارای یک اختلاف فاز ثابت و یک شکل موج ثابت هستند و می توان از تداخل برای ایجاد فوکوس بسیار کوچک (چند um~) استفاده کرد، بنابراین می توان از آنها در کاربردهای مختلفی مانند سوئیچ های نوری و مدولاسیون نوری استفاده کرد.

تاریخ و توسعه

تاریخچه دیودهای لیزر در سال 1917 آغاز شد، زمانی که آلبرت انیشتین برای اولین بار پدیده "انتشار تحریک شده تشعشع" را نظریه پردازی کرد و پایه و اساس همه فناوری های لیزر را گذاشت. بعدها، جان فون نویمان آلمانی مفهوم لیزرهای نیمه رسانا را در یک دست نوشته منتشر نشده در سال 1953 توضیح داد. در سال 1957، گوردون گولد آمریکایی پیشنهاد کرد که از تابش تحریک شده تشعشع می توان برای تقویت نور استفاده کرد و آن را "LASER (تقویت نور با انتشار تحریک شده از نور" نامید. تشعشع)". به این ترتیب، همانطور که دانشمندان کشورهای مختلف به پیشرفت در تحقیقات لیزرها ادامه دادند، ساختار همجنس لیزر نیمه هادی گالیم آرسنید (GaAs) در سال 1962 ظاهر شد و فناوری نور منسجم در واقع تأیید شد. در همان سال، نوسان نور مرئی نیز موفقیت آمیز بود. با این حال، لیزرهای نیمه هادی این دوره با نوسانات مداوم در دمای اتاق مشکل داشتند. در سال 1970، کشف هتروساختارهای دوگانه، نوسان مداوم در دمای اتاق را ممکن کرد. پس از دهه 1970، فناوری لیزر نیمه هادی به سرعت توسعه یافت و به طور گسترده در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار گرفت.

اصل ساطع نور دیودهای لیزری

دیودهای لیزری دستگاه های نیمه رسانایی هستند که می توانند نور لیزری با طول موج خاصی را ساطع کنند. ساختار اصلی آن شامل یک اتصال pn متشکل از یک نیمه هادی نوع p و یک نیمه هادی نوع n، یک لایه فعال که نور ساطع می کند، و یک آینه پوشش داده شده که نور را منعکس می کند. اصل تابش نور دیودهای لیزر این است که وقتی جریان جریان پیدا می کند، الکترون ها و حفره ها دوباره با هم ترکیب می شوند و فوتون های تابیده شده در لایه فعال تقویت می شوند و در تشدید کننده منعکس می شوند تا نور لیزر را تشکیل دهند. بیایید ابتدا ساختار اصلی و اصل ساطع نور "نیمه هادی های ساطع کننده نور" را که توسط دیودهای لیزر و LED ها مشترک است، درک کنیم.

ساختار و مواد اولیه دیودها

نیمه هادی ها موادی هستند که دارای رسانایی بین «رساناهایی» که الکتریسیته را هدایت می کنند و «عایق ها (غیر هادی ها)» که جریان الکتریکی را به راحتی هدایت نمی کنند. رساناها شامل مواد فلزی مانند آهن و طلا و عایق ها شامل موادی مانند لاستیک و شیشه هستند. نیمه هادی ها می توانند جریان الکتریسیته را با رسانایی یا نارسانا کردنشان کنترل کنند. علاوه بر این، در برخی روش های استفاده، تبدیل انرژی بین انرژی نور و انرژی الکتریکی نیز قابل انجام است.

معمولاً اجزای دیودها عمدتاً از سیلیکون (Si) ساخته می شوند. سیلیکون (Si) معمولی ترین ماده نیمه هادی است. سیلیکون در طبیعت به شکل "سیلیکا (SiO2: سنگی که جزء اصلی آن دی اکسید سیلیکون است)" وجود دارد و ماده ای غنی از منابع است. این به طور گسترده در بسیاری از محصولات نیمه هادی استفاده می شود زیرا پردازش آن آسان است.

سیلیکون (Si) به عنوان یک ماده نیمه رسانا در اصل یک عایق است و تقریباً هیچ الکترون آزاد به عنوان حامل ندارد. بنابراین با افزودن ناخالصی های دیگر به سیلیکون (Si) برای افزایش غلظت حامل در سیلیکون (Si)، رسانایی آن افزایش می یابد. نیمه هادی هایی که با افزودن ناخالصی هایی مانند این، حامل ها را افزایش می دهند، "نیمه هادی های ناخالصی" نامیده می شوند. حامل ها شامل الکترون های آزاد و حفره های آزاد هستند. در این میان، نیمه هادی هایی که حامل های الکترون آزاد را افزایش می دهند، «نیمه هادی های نوع n» و نیمه هادی هایی که حامل های سوراخ آزاد را افزایش می دهند، «نیمه هادی های نوع p» نامیده می شوند.

* نیمه هادی نوع p (+: مثبت، نیمه هادی با سوراخ های زیاد)، نیمه هادی نوع n (-: منفی، نیمه هادی با تعداد زیادی الکترون)

عنصر دیود ساختاری است که در آن یک نیمه هادی از نوع p و یک نیمه هادی نوع n به هم متصل شده اند که به آن «پیوند pn» می گویند. پین نیمه هادی های نوع p را آند و پین نیمه هادی های نوع n را کاتد می نامند. جریان از آند به کاتد جریان می یابد.

اصل انتشار نور دیود

هنگامی که یک ولتاژ رو به جلو به یک عنصر اتصال pn اعمال می شود، سوراخ ها (مثبت) و الکترون ها (منفی) به سمت اتصال حرکت می کنند و ترکیب می شوند. انرژی اضافی تولید شده در این زمان به انرژی نور تبدیل می شود و در نتیجه انتشار نور حاصل می شود. این پدیده را «گسیل نور مرکب» می نامند.

انواع دیودهای لیزری (لیزرهای نیمه هادی)

 

دیودهای لیزر را می توان بر اساس جهتی که نور در آن ساطع می شود طبقه بندی کرد.

لیزر ساطع لبه (EEL): ساختاری که از سطح برش نیمه هادی به عنوان بازتابنده برای انتشار نور از سطح شکاف استفاده می کند.

لیزر ساطع سطحی (SEL): ساختاری که نور را به صورت عمودی از سطح زیرلایه نیمه هادی ساطع می کند.

لیزر ساطع کننده سطح حفره عمودی (VCSEL): یک حفره تشدید نوری در جهت عمودی سطح زیرلایه نیمه هادی تشکیل می شود و پرتو لیزر ساطع شده عمود بر سطح بستر است. این دارای ویژگی های جریان آستانه کم، مدولاسیون با سرعت بالا با جریان کم و پایداری دمای خوب است و به طور گسترده در ارتباطات نوری و زمینه های حسگر استفاده می شود.

این انواع مختلف دیودهای لیزر دارای ویژگی های متفاوتی هستند و در حال حاضر بر اساس ویژگی های خود در کاربردهای بسیار متنوعی استفاده می شوند.

 

عمر دیودهای لیزر

میانگین عمر دیودهای لیزر به محیط کار (دمای کار، الکتریسیته ساکن، صدای منبع تغذیه و غیره) بستگی دارد و عموماً اعتقاد بر این است که می‌توان آنها را در شرایط عادی حدود 10،{1}} ساعت به طور مداوم روشن کرد. (دمای کیس 25 درجه). اگر دمای کار در حین استفاده بالا باشد، عمر مفید کوتاه می شود و تخلیه الکترواستاتیک (ESD) نیز می تواند باعث خرابی شود. علاوه بر این، نویزها و نویزهای تولید شده توسط منبع تغذیه نیز ممکن است به عنصر لیزر آسیب برساند.

به منظور استفاده طولانی مدت از دیود لیزر، اقداماتی مانند اقدامات اتلاف گرما مانند هیت سینک، اقدامات کافی ضد الکتریسیته ساکن و ضد ولتاژ، استفاده از فیلترهای نویز و کنترل خروجی به حداقل مورد نیاز می تواند به طور موثر گسترش یابد. عمر خدمات

نور ساطع شده توسط لیزر چگالی توان بالایی دارد. در صورت استفاده نادرست، حتی مقدار کمی انتشار ممکن است به بدن انسان آسیب برساند که بسیار خطرناک است. بنابراین، قبل از استفاده باید اقدامات ایمنی کافی انجام شود.

تماس با ما

آدرس ما

B{0}} عمارت رویدینگ، خیابان ژنهوا شماره 200، منطقه شیهو

شماره تلفن

0086 181 5840 0345

ایمیل

info@brandnew-china.com