Sbírky

Typy laserových diod

Typy laserových diod

Existuje několik různých typů laserových diod. Každý typ laserové diody má své vlastní charakteristiky a používá se pro různé aplikace.

Lze použít dvě hlavní kategorie laserových diod - jedna generuje samotnou emisi světla, zatímco druhá využívá externí zdroj.


Hlavní kategorie laserových diod

Existují dvě hlavní kategorie polovodičových laserových diod. Fungují zcela různými způsoby, i když mnoho konceptů používaných v nich je velmi podobných.

  • Injekční laserová dioda: Injekční laserová dioda, ILD, má mnoho společných faktorů se světelnými diodami. Jsou vyráběny pomocí velmi podobných procesů. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že laserové diody se vyrábějí s dlouhým úzkým kanálem s reflexními konci. Toto funguje jako vlnovod pro světlo.

    V provozu protéká proud PN přechodem a světlo se generuje stejným postupem, který generuje světlo ve světelné diodě. Světlo je však omezeno vlnovodem vytvořeným v samotné diodě. Zde se světlo odráží a poté zesiluje v důsledku stimulované emise, než opustí jeden konec laserové diody jako vnější paprsek.

  • Opticky čerpaný polovodičový laser: Opticky čerpaný polovodičový laser používá OPSL jako základ polovodičový čip III-V. Toto funguje jako médium optického zisku a jako zdroj pumpy se používá další laser, kterým může být ILD. Optický zisk zajišťuje stimulovaná emise. Přístup OPSL nabízí několik výhod, zejména při výběru vlnové délky a nedostatečné interferenci z vnitřních elektrodových struktur.

Hlavní typy laserových diod

Některé z hlavních typů laserových diod zahrnují následující typy:

  • Dvojitá laserová dioda s heterostrukturou: Dvojitá heterojunkční laserová dioda je vyrobena sendvičováním vrstvy materiálu s nízkým pásmem s vrstvou na obou stranách vrstev s vysokým pásmem. Díky tomu jsou dvě heterojunkce, protože samotné materiály jsou různé a nejde jen o stejný materiál s různými typy dopingu. Běžnými materiály pro dvojitou heterojunkční laserovou diodu jsou arsenid galia, GaAs a arsenid hlinitý gallium, AlGaAs.

    Výhodou dvojité heterojunkční laserové diody oproti jiným typům je to, že otvory a elektrony jsou omezeny na tenkou střední vrstvu, která působí jako aktivní oblast. Díky účinnějšímu obsazení elektronů a děr v této oblasti je pro proces laserového optického zesílení k dispozici více párů elektronů a děr. Navíc změna materiálu v heterojunkci pomáhá zadržet světlo v aktivní oblasti a poskytuje další výhodu.

  • Kvantová jamková laserová dioda: Kvantová laserová dioda používá velmi tenkou střední vrstvu - funguje to jako kvantová jímka, kde je kvantována vertikální složka funkce elektronových vln. Vzhledem k tomu, že kvantová jímka má náhlý okraj, koncentruje elektrony v energetických stavech, které přispívají k působení laseru, a to zvyšuje účinnost systému.

    Kromě laserových diod s jednou kvantovou jamkou existuje také několik laserových diod s kvantovou jamkou. Přítomnost více kvantových jamek zlepšuje překrytí mezi oblastí zisku a režimem optického vlnovodu.

  • Kvantová kaskádová laserová dioda: Jedná se o formu heterojunkční laserové diody, při které se rozdíl mezi energetickými hladinami jamky používá k generování laserového světla. To umožňuje laserové diodě generovat relativně dlouhé vlnové délky světla - skutečnou vlnovou délku lze během výroby upravit změnou tloušťky vrstvy laserové diody.
  • Samostatná heterostrukturní laserová dioda: Tato forma laserové diody je od 90. let 20. století široce používána pro většinu laserových diod. Samostatná omezovací laserová dioda překonává problém, že v mnoha jiných formách laserové diody je tenká laserová vrstva příliš tenká, aby účinně omezovala světlo. Tato laserová dioda překonává problém přidáním dalších dvou vrstev s nižším indexem lomu na vnější straně stávajících. To účinně omezuje světlo uvnitř diody.
  • Laserová dioda s distribuovanou zpětnou vazbou: Laserové diody s distribuovanou zpětnou vazbou, DFB, se používají ve formách telekomunikací nebo přenosu dat pomocí optických systémů. Zde je důležitá vlnová délka laserové diody, ale laserové diody nejsou v tomto ohledu nijak zvlášť stabilní, přičemž vlnová délka se mění s teplotou, napětím, stárnutím atd. Difrakční mřížka je vyleptána v blízkosti pn přechodu diody, aby napomohla stabilizaci vlnové délky generovaného světelného signálu, tato mřížka funguje jako optický filtr, který způsobuje, že se jedna vlnová délka přivádí zpět do oblasti zesílení. Stoupání mřížky se nastavuje během výroby a mění se jen mírně s teplotou.
  • VCSEL: Tato forma laserové diody je laserová dioda vyzařující povrch s vertikální dutinou. Jedná se o formu laseru vyzařujícího povrch a vyzařují laserové záření ve směru kolmém k destičce a poskytují několik milwattů s vysokou kvalitou paprsku.
  • Laserová dioda pro vnější dutinu: Lasery s vnější dutinou obsahují laserovou diodu jako ziskové médium pouze delší laserové dutiny. Tyto lasery jsou často laditelné vlnovými délkami a vykazují malou šířku spektrální čáry vyzařování.
  • VECSEL: VECSEL je vertikální povrchová laserová dioda s vnější dutinou. Jedná se o formu opticky čerpaného polovodičového laseru s vnější dutinou vyzařujícím povrch, který je schopen generovat vícewattové výstupní síly s vynikající kvalitou paprsku, a to i v režimu uzamčeném režimu.

Existuje mnoho typů laserových diod. Každý typ laserové diody má své vlastní vlastnosti a výběrem správného typu laserové diody pro danou aplikaci lze dosáhnout správného výkonu.


Podívejte se na video: Optické kabely v oceánu: tudy doopravdy teče internet (Leden 2022).