wat betekent laserdiode?
LASER is een soort lichtbron uitgevonden in de jaren 60. LASER is een acroniem voor" gestimuleerde emissie van lichtversterking" in het Engels. Er zijn veel soorten lasers, die groot zijn tot een paar voetbalvelden en klein tot een rijstkorrel of zout. De gaslaser heeft een helium-neonlaser en een argonlaser; Een vaste-stoflaser heeft een robijnlaser; Halfgeleiderlasers hebben laserdiodes, zoals die in cd-spelers, dvd-spelers en cd-roms. Elke laser heeft zijn eigen unieke methode om laserlicht te produceren. Lasers hebben vele eigenschappen: ten eerste zijn lasers monochroom of zijn er enkele frequentie. lasers die verschillende frequenties tegelijkertijd kunnen produceren, maar deze lasers worden geïsoleerd en afzonderlijk gebruikt. ten tweede, lasers zijn coherent licht. het kenmerk van coherent licht is dat al zijn lichtgolven gesynchroniseerd zijn, en de hele straal is als een" golftrein" .Wederom is de laser sterk geconcentreerd, wat betekent dat hij een lange weg moet afleggen voordat hij kan worden verspreid of convergerend.
De gestimuleerde emissie van halfgeleiderapparaten wordt gerealiseerd door de injectie van PN-junctie.Het heeft de kenmerken van halfgeleiderapparaten: klein volume, eenvoudige structuur, hoge efficiëntie en directe modulatie, maar uitgangsvermogen, monochromiciteit en richting zijn niet zo goed als andere lasers.
De drie componenten van de gestimuleerde emissie zijn: lasermateriaal, deeltjesaantal-inversieverdeling en resonantieholte. Alleen halfgeleidermaterialen met directe bandafstand kunnen een laserdiode maken, inclusief Ⅲ - Ⅴ samengestelde halfgeleider (GaAs, InP, enz.) En zijn drie yuan, vier yuan vaste oplossing (Ga1 xAlxAs, In1 - xGaxAs1 yPy, enz.), Ⅳ - Ⅵ samengestelde vaste oplossing (Pb1 - xSnxTe, enz.). Na de eenkristalrichting, snijden en polijsten, wordt de PN-overgang gemaakt op een bepaald kristal oppervlak zoals (001) door diffusie of verschillende epitaxiale methoden of chemische dampafzettingsmethoden.
In de herfst van 1962 werd voor het eerst de homojunctie GaAs-laserdiode van de gepulseerde puls onder 77K ontwikkeld. In 1964 werd de werktemperatuur verhoogd tot kamertemperatuur. In 1969 werd een enkele heterojunctie-laserdiode gemaakt, die pulsen produceerde bij kamertemperatuur. in 1970 om een continu werk te maken van ga1-xalxas / GaAs dubbele heterojunctie (DH) laserdiode.Sindsdien heeft de laserdiode zich snel ontwikkeld.De levensverwachting van Ga1-xAlxAs / GaAsDH-laserdiode is in 1975 gestegen tot meer dan 105 uur. De in1-xgaxas1-ypy / InP lange golflengte DH laserdiode boekte ook aanzienlijke vooruitgang, waardoor de ontwikkeling van optische vezelcommunicatie en andere toepassingen werd bevorderd. Verscheen ook door Pb1 xSnxTe Ⅳ - Ⅵ clan materialen zoals ver infrarood golflengte laserdiode.
In de richting van PN-overgang zijn er homogene knoop, enkele heterostructuur, dubbele heterogeniteit, respectievelijk limiet, grote holte enzovoort. Doe de staaf in de PN-verbindingsvlakstructuur (bijv. Elektrodestaaf, platte staaf, protonen in staafstaaf, staafgroefsubstraat, treden, begraven horizontale staaf, staaf, compressiestaaf, enz.); De resonator heeft de vorm van een fabry-perot-holte, distributiefeedback en Bragg-reflectie. Gebruik ze in de verboden band met verschillende halfgeleider-heterostructuurroosters breedte en het verschil in brekingsindex, kan bijna volledig in de verticale richting van de pn-overgang van dragerbegrenzing en optische begrenzing komen. Een verscheidenheid aan staven parallel aan de richting van de kruising kan de stroom op een smal gebied concentreren en een versterking bieden golfgeleider of golfgeleider met brekingsindex. Deze structurele verbeteringen hebben de prestaties van de laserdiode aanzienlijk verbeterd.
Laserdiode is in wezen een halfgeleiderdiode, volgens de pn-overgang is hetzelfde materiaal, kan worden onderverdeeld in homogeen de laserdiode-overgang, enkele heterojunctie (SH), dubbele heterostructuur (DH) en kwantumbron (GG # 39; ve) laser Kwantumbronlaserdiode heeft het voordeel van een lage drempelstroom en een hoog uitgangsvermogen, het belangrijkste product van de huidige markttoepassing.
In vergelijking met laser heeft laserdiode voordelen van hoog rendement, klein volume, lange levensduur, maar het uitgangsvermogen is klein (meestal minder dan 2 mw), lineair, slechte monochromaticiteit, zeer goed, waardoor het beperkt is in de toepassing van kabel TV-systeem, kan geen meerkanaals, hoogwaardige analoge signalen verzenden. In de echomodule van bidirectionele optische ontvanger wordt een kwantumbronlaserdiode als lichtbron gebruikt.
De structuur van de laserdiode
De structuur en het symbool van de laserdiode worden getoond in figuur 1.
De fysieke structuur van de laserdiode is dat in de lichtemitterende diode-overgang een laag licht is geplaatst tussen de activiteit van de halfgeleider en het uiteinde dat na het polijsten een gedeeltelijk reflecterende functie heeft, waardoor een optische resonator wordt gevormd.In het geval van positieve bias straalt LED DE facto licht uit op en interactie met de optische holte, dus verdere stimulering van enkele golflengte van licht dat wordt uitgezonden door de fysische eigenschappen van de overgang met betrekking tot het materiaal van dit soort licht.
Het werkingsprincipe van een halfgeleiderlaserdiode is theoretisch hetzelfde als de gaslaser. Figuur 1 (b) is het symbool van de laserdiode. De laserdiode wordt gebruikt in de optische schijf van de computer en het afdrukken van de eerste klas foto-elektrisch apparaat met een klein vermogen in de laserprinter is op grote schaal gebruikt.
Structuurdiagrammen en symbolen van laserdiodes
Eenvoudig principe van laserdiode
Lichtemissie in halfgeleiders komt meestal voort uit de verbinding van de drager. Wanneer toegevoegd met positieve spanning halfgeleider PN-overgang, verzwak de pn-overgangsbarrière, waardoor elektronen worden gedwongen uit injectie PN-gebied door het PN-overgangsgebied, gat van P-gebied naar N na PN-verbindingsgebied, nabij de injectie van pn-junctie niet-evenwicht elektronen en gaten zal gebeuren verbinding, waardoor golflengte voor lambda fotonen, de formule is als volgt:
Lambda=hc / bijv. (1)
In de formule: h - Planck-constante; C - de lichtsnelheid; Bijv. - de bandbreedte van een halfgeleider.
Dit fenomeen wordt spontane straling genoemd vanwege de spontane recombinatie van elektronen en gaten. Wanneer fotonen geproduceerd door spontane straling door halfgeleider, eenmaal na de lancering van het nabijgelegen elektronische gat, de verbinding kunnen motiveren om nieuwe fotonen te genereren, het foton geïnduceerde heeft een dragerverbinding geïnspireerd en een nieuw foton heet gestimuleerde straling. als de injectiestroom groot genoeg is, is de dragerverdeling, die het tegenovergestelde is van de thermische evenwichtstoestand, het omgekeerde van het aantal deeltjes. als drager van de actieve laag in het geval van een groot aantal inversies, een kleine hoeveelheid fotonen geproduceerd door de spontane straling geïnduceerd door twee transversale heen en weer gaande reflectieholtestraling, frequentieselectieve resonantie veroorzaakt door de positieve terugkoppeling, of heeft een versterking op een bepaalde frequentie. groter is dan het absorptieverlies, kan het coherente licht van de PN-overgang worden uitgezonden met een goede spectraallijn - laser, dat is het simpele principe van de laserdiode.
Met de ontwikkeling van technologie heeft de huidige gebruikte halfgeleiderlaserdiode een complexe meerlaagse structuur. Figuur 2 is de structuur van de roodlichthalfgeleiderlaserdiode van het bedrijf Sanyo in Japan. 3 is een aanzicht in doorsnede van een kleine krachtige laserbuis. Het is te zien dat de laserchip is bevestigd aan het koellichaam dat wordt gebruikt voor warmteafvoer. De PIN-fotodiode is bevestigd aan het onderste deel van de buiszitting nabij de laserchip. Figuur 4 voor het uiterlijk van een gewone laserdiode, de figuur laat zien, kleine power laserbuis heeft drie pinnen, dit komt omdat de buis ook een fotodiode omhult, werkstroom wordt gebruikt om de laserbuis te bewaken.