פרמטרים, עקרונות ויישומים של דיודות לייזר

עקרון העבודה של דיודות לייזר מוליכים למחצה זהה באופן תיאורטי לזה של לייזר גז.
דיודת הלייזר היא בעצם דיודה מוליכים למחצה. על פי אם חומר צומת ה-PN זהה, ניתן לחלק את דיודת הלייזר לדיודות לייזר הומוגניות, הטרוצומת בודדת (SH), הטרוצומת כפולה (DH) ו-Quantum well (QW). לדיודות לייזר קוונטיות יש את היתרונות של זרם סף נמוך וכוח פלט גבוה, והן כיום מוצרים מיינסטרים בשוק. בהשוואה ללייזרים, לדיודות לייזר יש את היתרונות של יעילות גבוהה, גודל קטן וחיים ארוכים. עם זאת, הספק המוצא שלהם קטן (בדרך כלל פחות מ-2mW), ליניאריות גרועה ומונוכרומטיות אינם טובים במיוחד, מה שמגביל את היישום שלהם במערכות טלוויזיה בכבלים. מוגבל מאוד, אינו יכול לשדר אותות אנלוגיים רב-ערוציים בעלי ביצועים גבוהים. במודול backhaul של מקלט אופטי דו-כיווני, דיודות לייזר קוונטיות משמשות בדרך כלל כמקורות אור להעברת קישור למעלה.

מהות דיודה לייזר
דיודת הלייזר היא בעצם דיודה מוליכים למחצה. על פי אם חומר צומת ה-PN זהה, ניתן לחלק את דיודת הלייזר לדיודות לייזר הומוגניות, הטרוצומת בודדת (SH), הטרוצומת כפולה (DH) ו-Quantum well (QW). לדיודות לייזר קוונטיות יש את היתרונות של זרם סף נמוך וכוח פלט גבוה, והן כיום מוצרים מיינסטרים בשוק. בהשוואה ללייזרים, לדיודות לייזר יש את היתרונות של יעילות גבוהה, גודל קטן וחיים ארוכים. עם זאת, הספק המוצא שלהם קטן (בדרך כלל פחות מ-2mW), ליניאריות גרועה ומונוכרומטיות אינם טובים במיוחד, מה שמגביל את היישום שלהם במערכות טלוויזיה בכבלים. מוגבל מאוד, אינו יכול לשדר אותות אנלוגיים רב-ערוציים בעלי ביצועים גבוהים. במודול backhaul של מקלט אופטי דו-כיווני, דיודות לייזר קוונטיות משמשות בדרך כלל כמקורות אור להעברת קישור למעלה.

המבנה הבסיסי של דיודת לייזר מוליכים למחצה הוא כפי שמוצג באיור. זוג מישורים מקבילים בניצב לצומת PN יוצרים חלל תהודה של Fabry-Perot. הם יכולים להיות מישורי מחשוף של גביש המוליך למחצה או מישורים מלוטשים. שני הצדדים הנותרים מחוספסים יחסית כדי לבטל את אפקט הלייזר בכיוונים אחרים מלבד הכיוון הראשי.

בפעולה ספציפית, צומת ה-PN של דיודת הלייזר נוצר על ידי שתי שכבות גליום ארסניד מסוממות. יש לו שני מבנים בעלי קצוות שטוחים, האחד משקף במקביל לקצה (משטח בעל מראה רעיוני ביותר) ואחד משקף חלקית. אורך הגל של האור הנפלט קשור בדיוק לאורך המפרק. כאשר צומת PN מוטה קדימה על ידי מקור מתח חיצוני, אלקטרונים נעים דרך הצומת ומתחברים מחדש כמו דיודה רגילה. כאשר אלקטרונים מתחברים מחדש עם חורים, פוטונים משתחררים. פוטונים אלו פוגעים באטומים, וגורמים לשחרור פוטונים נוספים. ככל שגדל זרם ההטיה קדימה, יותר אלקטרונים נכנסים לאזור הדלדול וגורמים ליותר פוטונים להיפלט.

ישנן שתי דיודות לייזר נפוצות: ①PIN photodiode. כאשר הוא מקבל כוח אופטי ומייצר זרם פוטו, הוא יביא רעש קוונטי. ②פוטודיודת מפולת. הוא מספק הגברה פנימית ויכול לשדר רחוק יותר מפוטודיודת PIN, אך יש לו רעש קוונטי גדול יותר. על מנת לקבל יחס אות לרעש טוב, יש לחבר קדם-מגבר עם רעש נמוך ומגבר ראשי מאחורי מכשיר הצילום.

הפרמטרים הנפוצים של דיודות לייזר מוליכים למחצה הם:
(1) אורך גל: כלומר, אורך הגל העבודה של צינור הלייזר. נכון לעכשיו, אורכי הגל של צינורות לייזר שיכולים לשמש כמתגים פוטו-אלקטריים כוללים 635nm, 650nm, 670nm, 690nm, 780nm, 810nm, 860nm, 980nm וכו'.

(2) זרם סף Ith: כלומר, הזרם שבו צינור הלייזר מתחיל ליצור תנודת לייזר. עבור שפופרות לייזר כלליות בהספק נמוך, ערכו הוא כעשרות מיליאמפר. זרם הסף של צינורות לייזר עם מבנה באר קוונטי מרובה מתוח יכול להיות נמוך עד 10mA. הבאים.

(3) זרם הפעלה Iop: כלומר, זרם ההנעה כאשר צינור הלייזר מגיע להספק המוצא המדורג. ערך זה חשוב לתכנון וניפוי באגים של מעגל הנעת הלייזר.

(4) זווית סטייה אנכית θ⊥: הזווית שבה הרצועה הזוהרת של דיודת הלייזר נפתחת בכיוון הניצב לצומת PN, בדרך כלל סביב 15 מעלות ~ 40 מעלות.

(5) זווית סטייה אופקית θ∥: הזווית שבה הרצועה הזוהרת של דיודת הלייזר נפתחת בכיוון המקביל לצומת PN, בדרך כלל סביב 6 מעלות ~ 10 מעלות.

(6) ניטור זרם Im: כלומר, הזרם הזורם דרך צינור ה-PIN כאשר צינור הלייזר נמצא בהספק מוצא מדורג.

בחיים האמיתיים, דיודות לייזר נמצאות בשימוש נרחב בתחומי מדעי המידע, כגון תקשורת סיבים אופטיים, אחסון דיסק אופטי, הדפסה והעתקה וקוסמטולוגיה רפואית. עבור יישומים ספציפיים, יש לשלב את הבחירה עם הפרמטרים הטכניים העיקריים שלה, לרבות אורך גל, הספק מוצא, זרם הפעלה, מתח הפעלה וכו'. דיודות לייזר נמצאות בשימוש נרחב גם בהתקנים אופטו-אלקטרוניים בעלי הספק נמוך כגון כונני דיסקים אופטיים במחשבים והדפסה ראשים במדפסות לייזר.

פרטי התקשרות:

אם יש לך רעיונות, אתה מוזמן לדבר איתנו. לא משנה היכן נמצאים הלקוחות שלנו ומהן הדרישות שלנו, אנו נפעל לפי המטרה שלנו לספק ללקוחותינו איכות גבוהה, מחירים נמוכים, והשירות הטוב ביותר.