лазерный диод
Есть вопросы ? Напишите нам.
Лазерный диод (ЛД) издает излучение с единой длиной волны или иногда узкой полосой близко расположенных длин волн. Он излучает световой луч принудительно: в то время как падающий фотон поражает атом полупроводника, электроны с большим энергетическим уровнем рекомбинируют с дыркой с меньшим энергетическим уровнем. Благодаря этому испускаются два фотона — один падающий фотон, а другой испускается за счет рекомбинации электронов и дырок.
Типы и отличие от обычного светодиода
Существует две основные категории лазерных диодов:
- инжекционные лазерные диоды;
- полупроводниковые ЛД с оптической накачкой.
Инжекционные лазеры работают по тому же принципу, что светодиоды, но основное отличие заключается во внутренней архитектуре. ЛД формируется из узких каналов и действует как волновод для света, а светодиоды состоят из широких каналов.
В лазере с оптической накачкой инжекционный лазерный светодиод действует как внешняя накачка. В качестве основы выступают полупроводниковые материалы III и V групп. А усиление достигается вынужденным излучением.
Благодаря своей структуре ЛД излучает когерентный и монохроматический свет (одноцветный). Лазерный свет состоит из одной длины волны, в то время как светодиоды излучают свет, состоящий из широкого диапазона длин волн. Таким образом, свет, излучаемый светодиодом, является некогерентным, а если нужен узкий луч когерентного света – потребуется купить лазерный диод.
Конструкция лазерного диода
Лазерные светодиоды состоят из двух слоев полупроводников P-типа и N-типа. Слои полупроводников состоят из GaAs, легированного такими материалами, как селен, алюминий или кремний. Конструкция такая же, как и у светодиодов, за исключением того, что каналы, используемые в лазере, узкие для создания одного луча света.
Еще одно отличие лазерного диода состоит в том, что в нем также присутствует собственный слой GaAs (нелегированный). Этот слой называется активным слоем. Он окружен слоями с более низким показателем преломления, которые действуют как оптические отражатели.
Эти слои вместе с активным слоем образуют волновод, так что свет может двигаться только по одному пути в одном и фиксированном направлении. Луч света производится в этой секции. Металлические контакты предназначены для облегчения смещения.
Работа лазерного диода
Светодиодный лазер работает по принципу, согласно которому каждый атом в возбужденном состоянии может излучать фотоны, если электроны на более высоком энергетическом уровне снабжены внешним источником энергии.
Есть три явления, с помощью которых атом может излучать световую энергию:
- Поглощение.
- Спонтанное излучение.
- Стимулированное излучение.
При поглощении электроны с более низких энергетических уровней переходят на более высокий энергетический уровень, то есть из валентной зоны в зону проводимости, когда электроны получают внешний источник энергии.
Когда электроны на более высоком энергетическом уровне нестабильны, они будут стремиться перейти на низший энергетический уровень, чтобы достичь стабильности. Когда это произойдет, они обязательно высвободят разницу энергий в форме света фотонов. Этот процесс называется спонтанным излучением.
При стимулированном излучении фотоны ударяют по электронам с более высоким энергетическим уровнем, снабжаясь внешним источником световой энергии. Когда эти фотоны сталкиваются с электронами, те получают энергию, рекомбинируют с дырками и испускают дополнительный фотон.