Structuur van diode / halfgeleiderlasers
Na het lezen van dit artikel leert u over de structuur van diode / halfgeleiderlasers. Leer ook over zijn werkingsprincipe.
Deze lasers behoren echter tot de categorie van halfgeleiderlasers, ze verschillen aanzienlijk in de details van de werking van andere halfgeleiderlasers zoals robijn en Nd: YAG-lasers en worden daarom als een afzonderlijk type beschouwd.
Een halfgeleiderlaser is in feite een pendiode. Een pinaansluiting wordt gevormd door een p-type en een n-type halfgeleiders met elkaar in contact te brengen met een intrinsieke actieve laag ertussen. Wanneer een elektrische stroom door een dergelijke inrichting wordt gevoerd, komt laserlicht uit het verbindingsgebied. Het uitgangsvermogen is beperkt, maar de lage kosten, kleine afmetingen en relatief hoge efficiëntie maken deze lasers geschikt voor een verscheidenheid aan toepassingen.
Deze lasers zijn qua constructie vergelijkbaar met een transistor of een halfgeleiderdiode. De conventionele halfgeleiderlaser met behulp van gallium, arseen en aluminium zendt gewoonlijk infraroodpulsen uit met een golflengte van 0, 8 tot 0, 9 μm met een vermogen van de orde van watt. Onderzoek met nieuwe materialen, bijvoorbeeld indium en fosfor, heeft geresulteerd in een laserstraal van langere golflengten van 1, 1 tot 1, 6 μm, die de efficiëntie van de lichttransmissie in optische vezels verhoogt.
Het laatste onderzoek op het gebied van halfgeleiderlasers heeft geresulteerd in de ontwikkeling van een laserstraal met kortere golflengten, zoals zichtbaar, in het bijzonder die uit het rode gebied van het spectrum. Fig. 14.43 toont het basisconcept van een opstelling voor een halfgeleider- of diodelaser.
Sinds de uitvinding in 1962 heeft halfgeleiderlaser een lange weg afgelegd, maar in een langzaam tempo. Deze langzame vooruitgang op dit gebied kan worden toegeschreven aan het niet beschikbaar zijn van technieken voor het vervaardigen van de halfgeleidermaterialen met de gewenste zuiverheid en het ontbreken van vaste-stofelektronica.
De recente groei in dit dossier is echter veelbelovend en naar verwachting zullen halfgeleiderlasers de conventionele solid-state en gaslasers vervangen. Dit komt omdat ze vele unieke voordelen bieden, bijvoorbeeld compact formaat, hoog rendement (tot 20%), niet-vermogen van golflengte, laag stroomverbruik, de mogelijkheid van directe uitvoermodulatie en compatibiliteit met massaproductie.
Operatie principe:
De halfgeleiderlaser is een lasersysteem op twee niveaus. De bovenste laserstatus is de geleidingsband en de onderste status is de valance-band. De laserstraal wordt uitgezonden door de bandopening van de halfgeleider. Om te beginnen met laseractie is het nodig om voldoende winst te hebben door een populatie-inversie tussen de valance- en de geleidermerken. Een dergelijke populatie-inversie kan worden gecreëerd door extern pompen door lasers, elektronenbundels of flitslampen; in de meeste van de in de handel verkrijgbare halfgeleiderlasers wordt dit echter beïnvloed door inwendig pompen, dat wil zeggen door elektrisch pompen met behulp van een PN-overgang.
Er zijn veel ontwerpen van halfgeleiderlasers. Enkele van de meer belangrijke zijn onder meer:
1. Gedistribueerde feedback (DFB) lasers.
2. Lasers met gekoppelde holtes.
3. Quantum-welllasers.
4. Oppervlakte-emitterende lasers.
5. Infrarood en zichtbare laserlasers.
Structureel verschillende typen zijn als volgt:
(i) Broad-area lasers,
(ii) Gain-Guided Lasers,
(iii) Wekelijkse index-geleide lasers,
(a) Ridge Wave Geleide lasers,
(b) Ribgeleide lasers,
(iv) Sterk geïndexeerde lasers.
Het vermogen van halfgeleider- / diodelasers varieert van 1 mW voor enkele lasers tot 0, 5 W voor fasevergrendelde arrays van diodes die zijn ingebouwd in een gemeenschappelijk substraat. De efficiëntie kan oplopen tot 20% voor diodelasers. Deze lasers kunnen zowel in continue golf (CW) of gepulseerde golf (PW) modus met hoge herhalingsfrequenties worden gebruikt.
