Το φυσικό λευκό φως αποτελείται από όλα τα χρώματα VIBGYOR του φάσματος ορατού φωτός, το οποίο είναι μια ευρεία ευρεία ζώνη πολλών διαφορετικών συχνοτήτων. Οι συνηθισμένες λυχνίες LED δίνουν έξοδο φωτός που συχνά αποτελείται από ένα χρώμα, αλλά ακόμη και ότι το φως περιέχει ηλεκτρομαγνητικά κύματα, τα οποία καλύπτουν μια αρκετά μεγάλη ζώνη συχνοτήτων. Το σύστημα φακών που εστιάζει το φως έχει σταθερό εστιακό μήκος, αλλά το εστιακό μήκος που απαιτείται για την εστίαση διαφόρων μηκών κύματος (χρώματα) του φωτός είναι διαφορετικό. Επομένως, κάθε χρώμα εστιάζει σε διαφορετικά σημεία, προκαλώντας «χρωματική εκτροπή». ο φως διόδων λέιζερ περιέχει μόνο μία συχνότητα. Επομένως, μπορεί να επικεντρωθεί ακόμη και από ένα απλό σύστημα φακών σε ένα εξαιρετικά μικρό σημείο. Δεν υπάρχει χρωματική εκτροπή αφού υπάρχει μόνο ένα μήκος κύματος, επίσης όλη η ενέργεια από την πηγή φωτός συγκεντρώνεται σε ένα πολύ μικρό σημείο φωτός. Το LASER είναι ένα αρκτικόλεξο για την Ενίσχυση του Φωτός από τη Διεγερμένη Εκπομπή Ακτινοβολίας.

Χρωματική εκτροπή

Κατασκευή διόδων λέιζερ

Η παραπάνω εικόνα δείχνει μια απλοποιημένη κατασκευή μιας διόδου λέιζερ, η οποία είναι παρόμοια με την α δίοδος εκπομπής φωτός (LED) . Χρησιμοποιεί αρσενίδιο του γαλλίου που έχει εμπλουτιστεί με στοιχεία όπως σελήνιο, αλουμίνιο ή πυρίτιο για την παραγωγή τύπου P και τύπου Ν υλικά ημιαγωγών . Ενώ μια δίοδος λέιζερ έχει ένα πρόσθετο ενεργό στρώμα ασταθούς (ενδογενούς) αρσενιδίου γαλλίου έχει το πάχος μόνο μερικά νανόμετρα, στριμώχνεται μεταξύ των στρωμάτων Ρ και Ν, δημιουργώντας αποτελεσματικά ένα Δίοδος PIN (τύπος P-εγγενής-τύπος Ν) . Σε αυτό το στρώμα παράγεται το φως λέιζερ.

Κατασκευή διόδων λέιζερ

Πώς λειτουργεί η δίοδος λέιζερ;

Κάθε άτομο σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, μπορεί να ενεργεί μόνο μέσα σε ένα συγκεκριμένο διακριτό επίπεδο ενέργειας. Κανονικά, τα άτομα βρίσκονται στην κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας ή στην κατάσταση του εδάφους. Όταν μια πηγή ενέργειας που δίνεται στα άτομα στην κατάσταση του εδάφους μπορεί να ενθουσιαστεί να πάει σε ένα από τα υψηλότερα επίπεδα. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται απορρόφηση. Αφού μείνει σε αυτό το επίπεδο για πολύ μικρή διάρκεια, το άτομο επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση εδάφους, εκπέμποντας ένα φωτονίο στη διαδικασία, Αυτή η διαδικασία ονομάζεται αυτόματη εκπομπή. Αυτές οι δύο διαδικασίες, η απορρόφηση και η αυθόρμητη εκπομπή, λαμβάνουν χώρα σε μια συμβατική πηγή φωτός.

“πώς λειτουργεί ένα ραντάρ ”

Αρχή της δράσης λέιζερ

Σε περίπτωση που το άτομο, ακόμη σε διεγερμένη κατάσταση, χτυπιέται από ένα εξωτερικό φωτονίο που έχει ακριβώς την ενέργεια που είναι απαραίτητη για την αυτόματη εκπομπή, το εξωτερικό φωτονίο αυξάνεται από εκείνο που παραδίδεται από το διεγερμένο άτομο. Επιπλέον, και τα δύο φωτόνια απελευθερώνονται από ίδια διεγερμένη κατάσταση στην ίδια φάση, Αυτή η διαδικασία, που ονομάζεται διεγερμένη εκπομπή, είναι θεμελιώδης για τη δράση λέιζερ (φαίνεται στην παραπάνω εικόνα). Σε αυτή τη διαδικασία, το κλειδί είναι το φωτόνιο που έχει ακριβώς το ίδιο μήκος κύματος με αυτό του φωτός που θα εκπέμπεται.

Ενίσχυση και αντιστροφή πληθυσμού

Όταν δημιουργούνται ευνοϊκές συνθήκες για την διεγερμένη εκπομπή, όλο και περισσότερα άτομα αναγκάζονται να εκπέμπουν φωτόνια ξεκινώντας έτσι μια αλυσιδωτή αντίδραση και απελευθερώνοντας μια τεράστια ποσότητα ενέργειας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ταχεία συγκέντρωση ενέργειας που εκπέμπει ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος (μονοχρωματικό φως), ταξιδεύοντας συνεκτικά σε μια συγκεκριμένη, σταθερή κατεύθυνση. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ενίσχυση με διεγερμένη εκπομπή.

Ο αριθμός των ατόμων σε οποιοδήποτε επίπεδο σε μια δεδομένη στιγμή ονομάζεται πληθυσμός αυτού του επιπέδου. Κανονικά, όταν το υλικό δεν διεγείρεται εξωτερικά, ο πληθυσμός του κατώτερου επιπέδου ή της κατάστασης του εδάφους είναι μεγαλύτερος από αυτόν του ανώτερου επιπέδου. Όταν ο πληθυσμός του ανώτερου επιπέδου υπερβαίνει τον πληθυσμό του κατώτερου επιπέδου, που είναι αντιστροφή της κανονικής κατοχής, η διαδικασία ονομάζεται αντιστροφή πληθυσμού. Αυτή η κατάσταση είναι απαραίτητη για μια δράση λέιζερ. Για οποιαδήποτε διεγερμένη εκπομπή.

Είναι απαραίτητο το ανώτερο επίπεδο ενέργειας ή η σταθερή κατάσταση συνάντησης να έχει μεγάλη διάρκεια ζωής, δηλαδή, τα άτομα πρέπει να σταματούν στη σταθερή κατάσταση συνάντησης για περισσότερο χρόνο από ό, τι στο χαμηλότερο επίπεδο. Έτσι, για τη δράση λέιζερ, ο μηχανισμός άντλησης (συναρπαστικός με εξωτερική πηγή) πρέπει να είναι από τέτοιο τρόπο, ώστε να διατηρείται υψηλότερος πληθυσμός ατόμων στο ανώτερο επίπεδο ενέργειας σε σχέση με αυτόν στο χαμηλότερο επίπεδο.

Έλεγχος της διόδου λέιζερ

Η δίοδος λέιζερ λειτουργεί με πολύ υψηλότερο ρεύμα, συνήθως περίπου 10 φορές μεγαλύτερη από ένα κανονικό LED. Το παρακάτω σχήμα συγκρίνει ένα γράφημα της εξόδου φωτός ενός κανονικού LED και εκείνου μιας διόδου λέιζερ. Σε ένα LED η έξοδος φωτός αυξάνεται σταθερά καθώς αυξάνεται το ρεύμα διόδου. Σε μια δίοδο λέιζερ, ωστόσο, το φως λέιζερ δεν παράγεται έως ότου το τρέχον επίπεδο φτάσει στο επίπεδο κατωφλίου όταν αρχίσει να εμφανίζεται διεγερμένη εκπομπή. Το ρεύμα κατωφλίου είναι συνήθως περισσότερο από το 80% του μέγιστου ρεύματος που θα περάσει η συσκευή πριν καταστραφεί! Για το λόγο αυτό, το ρεύμα μέσω της δίοδος λέιζερ πρέπει να ρυθμιστεί προσεκτικά.

Σύγκριση μεταξύ LED

Ένα άλλο πρόβλημα είναι ότι η εκπομπή φωτονίων εξαρτάται πολύ από τη θερμοκρασία, η δίοδος λειτουργεί ήδη κοντά στο όριό της και έτσι θερμαίνεται, αλλάζοντας έτσι την ποσότητα φωτός που εκπέμπεται (φωτόνια) και το ρεύμα διόδου. Μέχρι τη στιγμή που η δίοδος λέιζερ λειτουργεί αποτελεσματικά, λειτουργεί στο χείλος της καταστροφής! Εάν το ρεύμα μειωθεί και πέσει κάτω από το κατώφλι ρεύμα, οι διεγερμένες εκπομπές σταματούν λίγο πολύ πολύ ρεύμα και η δίοδος καταστρέφεται.

Καθώς το ενεργό στρώμα γεμίζει με ταλαντούμενα φωτόνια, μερικά (συνήθως περίπου το 60%) του φωτός διαφεύγουν σε μια στενή, επίπεδη δέσμη από την άκρη του τσιπ δίοδος. Όπως φαίνεται παρακάτω, κάποιο υπόλοιπο φως διαφεύγει και στην αντίθετη άκρη και έχει συνηθίσει ενεργοποιήστε μια φωτοδίοδο , το οποίο μετατρέπει το φως πίσω στο ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό το ρεύμα χρησιμοποιείται ως ανατροφοδότηση στο κύκλωμα του αυτόματου οδηγού διόδων, για τη μέτρηση της δραστηριότητας στη δίοδο λέιζερ και, επομένως, βεβαιωθείτε ότι ελέγχοντας το ρεύμα μέσω της δίοδος λέιζερ, ότι η έξοδος ρεύματος και φωτός παραμένει σε σταθερό και ασφαλές επίπεδο.

Έλεγχος της διόδου λέιζερ

Εφαρμογές της διόδου λέιζερ

Τα Laser Diode Modules είναι ιδανικά για εφαρμογές όπως βιοεπιστήμη, βιομηχανικά ή επιστημονικά όργανα. Οι μονάδες διόδων λέιζερ διατίθενται σε μεγάλη ποικιλία μήκους κύματος, εξόδου εξόδου ή σχήματος δέσμης.

Τα λέιζερ χαμηλής ισχύος χρησιμοποιούνται σε έναν αυξανόμενο αριθμό γνωστών εφαρμογών όπως συσκευές αναπαραγωγής CD και DVD και συσκευές εγγραφής, αναγνώστες γραμμωτού κώδικα, συστήματα ασφαλείας, οπτικές επικοινωνίες και χειρουργικά εργαλεία

Βιομηχανικές εφαρμογές: Χαρακτική, κοπή, χάραξη, διάτρηση, συγκόλληση κ.λπ.
Ιατρικές εφαρμογές αφαιρούν ανεπιθύμητους ιστούς, διαγνωστικά καρκινικών κυττάρων με φθορισμό, οδοντιατρική φαρμακευτική αγωγή. Γενικά, τα αποτελέσματα με λέιζερ είναι καλύτερα από τα αποτελέσματα με χειρουργικό μαχαίρι.

Δίοδοι λέιζερ που χρησιμοποιούνται για την Telecom: Στο πεδίο των τηλεπικοινωνιών, οι δίοδοι λέιζερ ζώνης 1,3 μm και 1,55 μm που χρησιμοποιούνται ως η κύρια πηγή φωτός για τα λέιζερ ινών διοξειδίου του πυριτίου έχουν μικρότερη απώλεια μετάδοσης στη ζώνη. Η δίοδος λέιζερ με τη διαφορετική ζώνη χρησιμοποιείται για την πηγή άντλησης για οπτική ενίσχυση ή για την οπτική σύνδεση μικρής απόστασης.

Επομένως, αυτό είναι όλο Κατασκευή διόδων λέιζερ και τις χρήσεις του. Αν σας ενδιαφέρει κατασκευή έργων με βάση LED μόνοι σας, τότε μπορείτε να μας προσεγγίσετε δημοσιεύοντας τα ερωτήματά σας ή τις καινοτόμες σκέψεις σας στην παρακάτω ενότητα σχολίων. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, Ποια είναι η λειτουργία μιας δίοδος λέιζερ;