Dabisko balto gaismu veido visas redzamās gaismas spektra VIBGYOR krāsas, kas ir plaša un plaša josla ar daudzām dažādām frekvencēm. Parastās gaismas diodes dod gaismas izvadi, kas bieži sastāv no vienas krāsas, bet pat šajā gaismā ir elektromagnētiskie viļņi, kas aptver diezgan plašu frekvenču joslu. Lēcu sistēmai, kas fokusē gaismu, ir noteikts fokusa attālums, bet fokusa attālums, kas nepieciešams dažādu gaismas viļņu garumu (krāsu) fokusēšanai, ir atšķirīgs. Tāpēc katra krāsa koncentrēsies dažādos punktos, izraisot “hromatisko aberāciju”. The lāzera diode gaisma satur tikai vienu frekvenci. Tādēļ to var fokusēt pat ar vienkāršu objektīvu sistēmu līdz ārkārtīgi mazam punktam. Hromatiskās aberācijas nav, jo pastāv tikai viens viļņa garums, arī visa gaismas avota enerģija tiek koncentrēta ļoti mazā gaismas plankumā. LASER ir saīsinājums no gaismas pastiprināšanas ar stimulētu izstarojumu.
Hromatiskā aberācija
Lāzera diodes uzbūve
Iepriekš redzamajā attēlā parādīta vienkāršota lāzera diode konstrukcija, kas ir līdzīga a gaismas diode (LED) . P un N tipa ražošanai tas izmanto gallija arsenīdu, kas leģēts ar tādiem elementiem kā selēns, alumīnijs vai silīcijs pusvadītāju materiāli . Kamēr lāzera diodei ir papildu aktīvs neapstrādāta (iekšēja) gallija arsenīda slānis, kura biezums ir tikai daži nanometri, kas atrodas starp P un N slāni, efektīvi izveidojot PIN diode (P tips - iekšējais - N tips) . Tieši šajā slānī rodas lāzera gaisma.
Lāzera diodes uzbūve
Kā darbojas lāzera diode?
Katrs atoms saskaņā ar kvantu teoriju var enerģēt tikai noteiktā diskrētā enerģijas līmenī. Parasti atomi atrodas zemākajā enerģijas stāvoklī vai pamatstāvoklī. Kad enerģijas avots, kas tiek dots pamatstāvokļa atomiem, var būt satraukts, lai pārietu uz kādu no augstākajiem līmeņiem. Šo procesu sauc par absorbciju. Pēc tam, kad tas ir uzturējies šajā līmenī ļoti īsu laiku, atoms atgriežas sākotnējā pamatstāvoklī, procesā izstarojot fotonu. Šo procesu sauc par spontānu emisiju. Šie divi procesi, absorbcija un spontāna emisija, notiek parastā gaismas avotā.
Lāzera darbības princips
Gadījumā, ja atomu, kas joprojām ir ierosinātā stāvoklī, pārsteidz ārējais fotons, kuram ir tieši tāda enerģija, kas nepieciešama spontānai emisijai, ārējo fotonu palielina tas, ko atdod ierosinātais atoms. Turklāt abi fotoni tiek atbrīvoti no tas pats ierosinātais stāvoklis tajā pašā fāzē. Šis process, ko sauc par stimulēto emisiju, ir būtisks lāzera darbībai (parādīts augšējā attēlā). Šajā procesā galvenais ir fotons, kura viļņa garums ir tieši tāds pats kā izstarotajai gaismai.
Paplašināšana un iedzīvotāju inversija
Kad tiek radīti labvēlīgi apstākļi stimulētajai emisijai, arvien vairāk atomu ir spiesti izstarot fotonus, tādējādi uzsākot ķēdes reakciju un atbrīvojot milzīgu enerģijas daudzumu. Tā rezultātā ātri uzkrājas enerģija, kas izstaro vienu konkrētu viļņa garumu (vienkrāsainu gaismu), kas kustīgi pārvietojas noteiktā, fiksētā virzienā. Šo procesu sauc par pastiprinājumu ar stimulētu emisiju.
Atomu skaitu jebkurā līmenī noteiktā laikā sauc par šī līmeņa populāciju. Parasti, ja materiāls nav ārēji satraukts, apakšējā līmeņa vai pamatstāvokļa populācija ir lielāka nekā augšējā līmeņa. Kad augšējā līmeņa populācija pārsniedz zemākā līmeņa iedzīvotāju skaitu, kas ir parastā noslogojuma maiņa, procesu sauc par iedzīvotāju inversiju. Šī situācija ir būtiska lāzera darbībai. Jebkurai stimulētai emisijai.
Ir nepieciešams, lai augšējam enerģijas līmenim vai sasniegtajam stabilam stāvoklim būtu ilgs kalpošanas laiks, t.i., atomiem būtu jāpauzējas pie sasniegtā stabilā stāvokļa ilgāk nekā zemākajā līmenī. Tādējādi, lai darbotos ar lāzeru, sūknēšanas mehānismam (aizraujošam ar ārēju avotu) jābūt tādam, lai saglabātu lielāku atomu populāciju augšējā enerģijas līmenī, salīdzinot ar zemākā līmeņa atomiem.
Ir nepieciešams, lai augšējam enerģijas līmenim vai sasniegtajam stabilam stāvoklim būtu ilgs kalpošanas laiks, t.i., atomiem būtu jāpauzējas pie sasniegtā stabilā stāvokļa ilgāk nekā zemākajā līmenī. Tādējādi, lai darbotos ar lāzeru, sūknēšanas mehānismam (aizraujošam ar ārēju avotu) jābūt tādam, lai saglabātu lielāku atomu populāciju augšējā enerģijas līmenī, salīdzinot ar zemākā līmeņa atomiem.
Lāzera diodes vadība
Lāzera diode tiek darbināta ar daudz lielāku strāvu, parasti apmēram 10 reizes lielāka par parasto LED. Zemāk redzamajā attēlā salīdzināts parastā gaismas diodes un lāzera diode gaismas izejas grafiks. LED gaismas intensitāte vienmērīgi palielinās, palielinoties diodes strāvai. Lāzera diodē lāzera gaisma tomēr netiek radīta, kamēr pašreizējais līmenis nesasniedz sliekšņa līmeni, kad sāk notikt stimulēta emisija. Sliekšņa strāva parasti ir lielāka par 80% no maksimālās strāvas, ko ierīce nodos pirms iznīcināšanas! Šī iemesla dēļ strāva caur lāzera diode ir rūpīgi jāregulē.
Gaismas diodes salīdzinājums
Vēl viena problēma ir tā, ka fotonu emisija ir ļoti atkarīga no temperatūras, diode jau tiek darbināta tuvu tās robežai un tā kļūst karsta, tāpēc mainās izstarotās gaismas (fotonu) daudzums un diodes strāva. Līdz brīdim, kad lāzera diode darbojas efektīvi, tā darbojas uz katastrofas robežas! Ja strāva samazinās un nokrītas zem sliekšņa strāvas, stimulētā emisija beidzas tikai par daudz strāvas un diode tiek iznīcināta.
Kad aktīvais slānis ir piepildīts ar svārstīgiem fotoniem, daļa (parasti aptuveni 60%) gaismas šaurā, plakanā starā izplūst no diodes mikroshēmas malas. Kā parādīts zemāk, daļa atlikušās gaismas izplūst arī pretējā malā un ir pieradusi aktivizēt fotodiodi , kas gaismu pārveido atpakaļ par elektrisko strāvu. Šī strāva tiek izmantota kā atgriezeniskā saite uz automātisko diodes draivera ķēdi, lai izmērītu aktivitāti lāzera diodē un tādējādi, kontrolējot strāvu caur lāzera diodi, pārliecinieties, ka strāva un gaismas jauda paliek nemainīgā un drošā līmenī.
Lāzera diodes vadība
Lāzera diodes pielietojums
Lāzera diodes moduļi ir ideāli piemēroti tādām lietām kā dzīvības zinātne, rūpniecība vai zinātniski instrumenti. Lāzera diodes moduļi ir pieejami ļoti dažādos viļņu garumos, izejas jaudās vai stara formās.
Mazjaudas lāzeri tiek izmantoti arvien vairāk pazīstamu lietojumu, tostarp CD un DVD atskaņotāji un ierakstītāji, svītrkodu lasītāji, drošības sistēmas, optiskie sakari un ķirurģiskie instrumenti
Rūpnieciskie pielietojumi: Gravēšana, griešana, rakstīšana, urbšana, metināšana utt.
Medicīniskās lietojumprogrammas noņem nevēlamus audus, vēža šūnu diagnostiku, izmantojot fluorescenci, zobārstniecības zāles. Kopumā rezultāti, izmantojot lāzerus, ir labāki nekā rezultāti, izmantojot ķirurģisko nazi.
Lāzera diodes, ko izmanto telekomunikācijās: Telekomunikāciju jomā 1,3 μm un 1,55 μm joslas lāzera diodēm, ko izmanto kā galveno silīcija dioksīda lāzeru gaismas avotu, joslā ir mazāks pārraides zudums. Lāzera diode ar dažādu joslu tiek izmantota avota sūknēšanai optiskai pastiprināšanai vai maza attāluma optiskajai saitei.
Tādējādi tas ir viss Lāzera diode konstrukcija un tā lietojumiem. Ja jūs interesē uz LED balstītu projektu veidošana pats, tad varat vērsties pie mums, ievietojot savus jautājumus vai novatoriskas domas zemāk esošajā komentāru sadaļā. Šeit ir jautājums jums, Kāda ir lāzera diode funkcija?
