Lumina albă naturală este alcătuită din toate culorile VIBGYOR ale spectrului de lumină vizibilă, care este o bandă largă largă, cu multe frecvențe diferite. LED-urile obișnuite dau o ieșire de lumină constând adesea dintr-o singură culoare, dar chiar și acea lumină conține unde electromagnetice, care acoperă o bandă destul de largă de frecvențe. Sistemul de lentile care focalizează lumina are o distanță focală fixă, dar lungimea focală necesară pentru focalizarea diferitelor lungimi de undă (culori) ale luminii este diferită. Prin urmare, fiecare culoare se va concentra în diferite puncte, provocând „aberație cromatică”. lumina diodei laser conține doar o singură frecvență. Prin urmare, poate fi focalizat chiar de un sistem simplu de lentile într-un punct extrem de mic. Nu există aberație cromatică, deoarece există o singură lungime de undă, de asemenea, toată energia din sursa de lumină este concentrată într-un punct foarte mic de lumină. LASER este un acronim pentru Amplificarea luminii prin emisia stimulată de radiații.
Aberatie cromatica
Construcție cu diode laser
Figura de mai sus prezintă o construcție simplificată a unei diode laser, care este similară cu a diodă emițătoare de lumină (LED) . Folosește arsenid de galiu dopat cu elemente precum seleniu, aluminiu sau siliciu pentru a produce tipul P și tipul N materiale semiconductoare . În timp ce o diodă laser are un strat activ suplimentar de arsenidă de galiu nedopat (intrinsec) are grosimea de doar câțiva nanometri, intercalată între straturile P și N, creând efectiv un Diodă PIN (tip P-tip intrinsec-N) . În acest strat se produce lumina laserului.
Construcție cu diode laser
Cum funcționează dioda laser?
Fiecare atom, conform teoriei cuantice, poate produce energii numai într-un anumit nivel de energie discret. În mod normal, atomii se află în cea mai scăzută stare energetică sau starea fundamentală. Când o sursă de energie dată atomilor în starea fundamentală poate fi excitată pentru a merge la unul dintre nivelurile superioare. Acest proces se numește absorbție. După ce a rămas la acel nivel pentru o durată foarte scurtă, atomul revine la starea sa de bază inițială, emițând un foton în acest proces, Acest proces se numește emisie spontană. Aceste două procese, absorbția și emisia spontană, au loc într-o sursă de lumină convențională.
Principiul acțiunii cu laser
În cazul în care atomul, aflat încă într-o stare excitată, este lovit de un foton exterior care are tocmai energia necesară emisiei spontane, fotonul exterior este crescut cu cel cedat de atomul excitat, Mai mult, ambii fotoni sunt eliberați din aceeași stare excitată în aceeași fază, acest proces, numit emisie stimulată, este fundamental pentru acțiunea laser (prezentat în figura de mai sus). În acest proces, cheia este fotonul care are exact aceeași lungime de undă ca cea a luminii care trebuie emise.
Amplificarea și inversarea populației
Atunci când se creează condiții favorabile pentru emisia stimulată, tot mai mulți atomi sunt forțați să emită fotoni, declanșând astfel o reacție în lanț și eliberând o cantitate enormă de energie. Acest lucru are ca rezultat o acumulare rapidă de energie care emite o anumită lungime de undă (lumină monocromatică), călătorind coerent într-o anumită direcție fixă. Acest proces se numește amplificare prin emisie stimulată.
Numărul de atomi la orice nivel la un moment dat se numește populația de la acel nivel. În mod normal, atunci când materialul nu este excitat extern, populația nivelului inferior sau a stării de bază este mai mare decât cea a nivelului superior. Când populația nivelului superior o depășește pe cea a nivelului inferior, ceea ce reprezintă o inversare a ocupării normale, procesul se numește inversare a populației. Această situație este esențială pentru o acțiune cu laser. Pentru orice emisie stimulată.
Este necesar ca nivelul superior al energiei sau starea stabilă îndeplinită să aibă o durată lungă de viață, adică atomii să se oprească la starea stabilă stând mai mult timp decât la nivelul inferior. Astfel, pentru acțiunea cu laser, mecanismul de pompare (excitant cu sursă externă) ar trebui să provină dintr-o astfel de măsură, astfel încât să mențină o populație mai mare de atomi în nivelul superior de energie față de cel din nivelul inferior.
Este necesar ca nivelul superior al energiei sau starea stabilă îndeplinită să aibă o durată lungă de viață, adică atomii să se oprească la starea stabilă stând mai mult timp decât la nivelul inferior. Astfel, pentru acțiunea cu laser, mecanismul de pompare (excitant cu sursă externă) ar trebui să provină dintr-o astfel de măsură, astfel încât să mențină o populație mai mare de atomi în nivelul superior de energie față de cel din nivelul inferior.
Controlul diodei laser
Dioda laser funcționează la un curent mult mai mare, de obicei de aproximativ 10 ori mai mare decât un LED normal. Figura de mai jos compară un grafic al luminii de ieșire a unui LED normal și a unei diode laser. Într-un LED, ieșirea luminii crește constant pe măsură ce crește curentul diodei. Într-o diodă laser, cu toate acestea, lumina laser nu este produsă până când nivelul curent nu atinge nivelul pragului când începe să apară emisia stimulată. Curentul de prag este în mod normal mai mare de 80% din curentul maxim pe care îl va trece dispozitivul înainte de a fi distrus! Din acest motiv, curentul prin dioda laser trebuie reglat cu atenție.
Comparație între un LED
O altă problemă este că emisia de fotoni este foarte dependentă de temperatură, dioda funcționând deja aproape de limita sa și astfel se încălzește, schimbând astfel cantitatea de lumină emisă (fotoni) și curentul diodei. Până când dioda laser funcționează eficient, aceasta funcționează în pragul dezastrului! Dacă curentul se reduce și scade sub pragul curentului, emisia stimulată încetează doar puțin prea mult curent și dioda este distrusă.
Deoarece stratul activ este umplut cu fotoni oscilanți, o parte (de obicei aproximativ 60%) din lumină scapă într-un fascicul îngust și plat de la marginea cipului diodă. Așa cum se arată în figura de mai jos, o lumină reziduală scapă de asemenea la marginea opusă și este obișnuită activați o fotodiodă , care convertește lumina înapoi în curent electric. Acest curent este folosit ca feedback la circuitul driverului diodei automate, pentru a măsura activitatea din dioda laser și astfel asigurați-vă, controlând curentul prin dioda laser, că curentul și lumina de ieșire rămân la un nivel constant și sigur.
Controlul diodei laser
Aplicații ale diodei laser
Modulele cu diode laser sunt ideale pentru aplicații precum științele vieții, instrumentele industriale sau științifice. Modulele cu diode laser sunt disponibile într-o mare varietate de lungimi de undă, puteri de ieșire sau forme ale fasciculului.
Lasere de putere redusă sunt utilizate într-un număr tot mai mare de aplicații familiare, inclusiv playere și înregistratoare de CD și DVD, cititoare de coduri de bare, sisteme de securitate, comunicații optice și instrumente chirurgicale
Aplicații industriale: Gravare, tăiere, scribare, găurire, sudare etc.
Aplicațiile medicale elimină țesuturile nedorite, diagnosticarea celulelor canceroase folosind fluorescență, medicamente dentare. În general, rezultatele folosind lasere sunt mai bune decât rezultatele folosind un cuțit chirurgical.
Diodele laser utilizate pentru telecomunicații: În domeniul telecomunicațiilor, diodele laser cu bandă de 1,3 μm și 1,55 μm utilizate ca sursă principală de lumină pentru laserele cu fibră de silice au o pierdere de transmisie mai mică în bandă. Dioda laser cu banda diferită este utilizată pentru pomparea sursei pentru amplificare optică sau pentru legătura optică pe distanță scurtă.
Astfel, totul este vorba Construcție cu diode laser și utilizările sale. Dacă sunteți interesat de construirea de proiecte bazate pe LED pe cont propriu, atunci ne puteți adresa postând întrebările dvs. sau gânduri inovatoare în secțiunea de comentarii de mai jos. Iată o întrebare pentru dvs., Care este funcția unei diode laser?
