I diodi laser (LD) sono un tipo di generatore laser il cui materiale di lavoro è il semiconduttore e sono laser a stato solido. La maggior parte dei diodi laser hanno una struttura simile ai diodi generali. Poiché il diodo laser funziona, il processo di conversione dell'energia degli elettroni coinvolge solo due livelli di energia e non vi è alcuna perdita di energia causata dal gap di banda indiretto, quindi l'efficienza è relativamente elevata.
Il progresso tecnologico ha consentito ai laser di entrare in diversi mercati diversificati come strumenti tecnici professionali. I diodi laser sono la tecnologia laser più utilizzata e sono semplici dispositivi a semiconduttore. Negli ultimi 30 anni, la potenza media dell’industria dei diodi laser è aumentata in modo significativo, mentre il prezzo medio per watt è diminuito in modo esponenziale. Di conseguenza, i diodi laser stanno sostituendo alcune tecnologie laser e non laser esistenti, consentendo al tempo stesso la realizzazione di nuove tecnologie ottiche. Le aree di applicazione consolidate per i diodi laser includono l'archiviazione dei dati, la comunicazione dei dati e il pompaggio ottico dei laser a stato solido. Al contrario, la lavorazione dei materiali e il rilevamento ottico esemplificano il rapido sviluppo di segmenti di mercato con molte applicazioni emergenti.
I diodi laser includono diodi laser a singola eterogiunzione (SH), a doppia eterogiunzione (DH) e a pozzo quantico (QW). I diodi laser quantistici presentano i vantaggi di una corrente di soglia bassa e di un'elevata potenza di uscita e sono prodotti tradizionali sul mercato. Rispetto ai diodi laser, i diodi laser presentano i vantaggi di alta efficienza, dimensioni ridotte e lunga durata. Tuttavia, la loro potenza di uscita è ridotta, la loro linearità è scarsa e la loro monocromaticità non è molto buona, il che limita notevolmente la loro applicazione nei sistemi TV via cavo. Impossibile trasmettere segnali analogici multicanale ad alte prestazioni. Nel modulo di backhaul di un ricevitore ottico bidirezionale, i diodi laser a pozzo quantico vengono generalmente utilizzati come sorgenti luminose per la trasmissione uplink.
Un singolo emettitore laser può fornire una potenza che varia da milliwatt a diversi watt. Ciascun emettitore laser può essere utilizzato da solo, combinato in una striscia di diodi laser per il pompaggio ottico di laser a stato solido o integrato in un modulo di diodi laser. gruppo per soddisfare le diverse esigenze applicative.
Il diodo laser è un componente laser a semiconduttore ampiamente utilizzato nelle comunicazioni in fibra ottica, nelle cure mediche, nei display e nel rilevamento radar. Ha una struttura semplice, una tecnologia matura, un'alta qualità e un prezzo basso ed è ampiamente utilizzato nella produzione industriale e nella ricerca scientifica.
La struttura del diodo laser comprende principalmente cinque parti: regione di tipo P, regione di tipo N, regione di riflessione di tipo P, regione di riflessione di tipo N e cavità laser. Tra queste, la regione di tipo P e la regione di tipo N formano una giunzione PN, e la regione di riflessione e la cavità laser sono strutture ottiche.
La regione di tipo P e la regione di tipo N fanno parte della funzione principale del diodo laser e sono anche i fattori determinanti della luminescenza del diodo laser. La regione di tipo P introduce positroni nella regione di tipo N e la regione di tipo N introduce elettroni nella regione di tipo P. Dopo che la giunzione PN è stata generata, i positroni e gli elettroni si combinano nella giunzione PN per inviare fotoni per ottenere la luminescenza. Per ottenere una rapida luminescenza, la regione di tipo P e la regione di tipo N dovrebbero avere materiali di alta qualità e una delicata tecnologia di lavorazione.
La funzione principale della regione di riflessione di tipo P e della regione di riflessione di tipo N è quella di riflettere il laser in modo che il laser generi un rapporto di onde stazionarie nella cavità laser. Nei diodi laser, la riflettività dell'area di riflessione di tipo P e dell'area di riflessione di tipo N è diversa. Generalmente, la riflettività dell'area di riflessione di tipo P è molto bassa e la riflettività dell'area di riflessione di tipo N è molto elevata. Un tale design può far riflettere e diffondere completamente il laser nella cavità laser, in modo da ottenere un'emissione laser a fibra monomodale relativamente stabile.
La cavità laser è la parte ottica più importante del diodo laser e la sua funzione principale è fornire un effetto di amplificazione del feedback ottico. La cavità del laser è generalmente composta da riflettori, uno dei quali è semiriflettore e l'altro è alto-riflettore. La cavità ottica formata tra questi due riflettori può realizzare la riflessione continua dei quanti di luce nella cavità laser, migliorando così l'effetto di amplificazione del laser. Regolando la riflettività del riflettore e la lunghezza della cavità laser, è possibile ottenere l'emissione laser di diverse lunghezze d'onda luminose e potenze di uscita.
Oltre alle caratteristiche strutturali di cui sopra, il diodo laser comprende anche diverse strutture ausiliarie, come elettrodi, substrati, finestre, ecc. Questa struttura non è la parte centrale del diodo laser, ma è anche importante per le prestazioni e l'affidabilità del diodo laser. il diodo laser.
Il diodo laser ha una struttura compatta, ma ogni sua parte svolge un ruolo vitale. Solo quando ciascuna parte funziona in modo coordinato è possibile ottenere un'emissione laser rapida e relativamente stabile. Con il continuo progresso della scienza e della tecnologia, anche la struttura dei diodi laser viene costantemente migliorata e perfezionata, fornendo un supporto migliore per una gamma più ampia di applicazioni.
I laser a infrarossi sono generalmente utilizzati nella misurazione della distanza, negli apparecchi di illuminazione, nelle comunicazioni, nelle armi simulate, ecc. Il nucleo del laser è senza dubbio il diodo laser e la potenza del diodo laser determina la dimensione della potenza dell'impulso.
Il diodo laser ha anche la struttura di un diodo ordinario, vale a dire la regione N, la giunzione PN e la regione P. Quando una tensione diretta viene applicata al diodo, la barriera della giunzione PN verrà indebolita, costringendo gli elettroni ad essere iniettati dalla regione N attraverso la giunzione PN nella regione P, e i fori ad essere iniettati dalla regione P attraverso la giunzione PN nella regione PN. la regione N. Questi elettroni e lacune sbilanciati iniettati vicino alla giunzione PN si ricombineranno, emettendo così fotoni.
Tuttavia, questi fotoni energetici sono casuali nel tempo e nella direzione, a differenza della "focalizzazione" dei laser. Come si suol dire, l’unione fa la forza. Per fare in modo che i fotoni si "uniscano" e producano luce coerente con direzione e fase coerenti, devono essere soddisfatte due condizioni: 1. Abbastanza elettroni 2. Direzione coerente.
Pertanto, se un diodo laser deve emettere un laser, deve essere eccitato da una grande corrente pulsata e deve esserci una struttura a cavità risonante ottica per garantire che gli elettroni abbiano una direzione coerente. Questo è il semplice principio di un diodo laser.
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