Dom > Aktualności > Wiadomości branżowe

Podstawowa zasada działania diody laserowej

2021-07-14

Zanim zaczniemy mówić o diodzie laserowej, powinniśmy najpierw zrozumieć stymulowane promieniowanie. W promieniowaniu świetlnym występują trzy procesy radiacyjne,

I: spontaniczne przejście ze stanu wysokoenergetycznego do stanu niskoenergetycznego nazywamy emisją spontaniczną;

II: jest to przejście cząstek w stanie wysokoenergetycznym w stan niskoenergetyczny pod wpływem wzbudzenia światłem zewnętrznym, co nazywamy promieniowaniem wymuszonym;

III: jest to przejście od energii światła zewnętrznego pochłoniętego przez cząstki w stanie niskoenergetycznym do stanu wysokoenergetycznego, co nazywamy absorpcją wymuszoną.

Emisja spontaniczna: nawet jeśli dwie cząstki przechodzą z pewnego stanu wysokoenergetycznego w stan niskoenergetyczny w tym samym czasie, faza, stan polaryzacji i kierunek emisji emitowanego przez nie światła mogą być różne, ale emisja wymuszona jest inna . Kiedy cząstki w stanie wysokoenergetycznym są wzbudzane przez obce fotony, przechodzą w stan niskoenergetyczny i emitują światło dokładnie takie samo jak obce fotony pod względem częstotliwości, fazy i stanu polaryzacji.

W laserze promieniowanie jest promieniowaniem stymulowanym, a emitowany przez nie laser ma dokładnie taką samą częstotliwość, fazę, stan polaryzacji i tak dalej.

W każdym systemie stymulowanej luminescencji występuje zarówno stymulowane promieniowanie, jak i stymulowana absorpcja. Dopiero gdy promieniowanie stymulowane jest dominujące, światło zewnętrzne może zostać wzmocnione do emitowania lasera. Jednak w ogólnych źródłach światła dominuje absorpcja stymulowana. Laser może być emitowany tylko wtedy, gdy stan równowagi cząstek jest zaburzony i liczba cząstek w stanie wysokoenergetycznym jest większa niż w stanie niskoenergetycznym (sytuacja ta nazywana jest inwersją liczby jonowej).

Zasada i struktura diody laserowej

Fizyczna struktura diody laserowej polega na umieszczeniu warstwy półprzewodnika o fotoaktywności pomiędzy złączami diody elektroluminescencyjnej. Po polerowaniu powierzchnia czołowa półprzewodnika pełni funkcję częściowego odbicia, tworząc w ten sposób optyczną wnękę rezonansową.

W przypadku polaryzacji do przodu złącze LED emituje światło i oddziałuje z rezonatorem optycznym, który dodatkowo wzbudza światło o pojedynczej długości fali emitowane przez złącze. Fizyczne właściwości światła są związane z materiałem.

Zasada diody laserowej - zasada działania

Dioda krystaliczna jest złączem p-n utworzonym przez półprzewodnik typu p i półprzewodnik typu n. Po obu stronach interfejsu tworzy się warstwa ładunku kosmicznego oraz samoczynnie zbudowane pole elektryczne diody laserowej.

Gdy nie ma przyłożonego napięcia, prąd dyfuzyjny wywołany różnicą stężenia nośników po obu stronach złącza p-n jest równy prądowi dryfu wywołanemu przez własne pole elektryczne, a więc znajduje się w stanie równowagi elektrycznej.

Gdy występuje dodatnia polaryzacja napięcia, zewnętrzne pole elektryczne i własne pole elektryczne tłumią się nawzajem i zwiększają prąd dyfuzji nośnika, w wyniku czego powstaje prąd dodatni.

Gdy występuje odwrotna polaryzacja napięcia, zewnętrzne pole elektryczne i własne pole elektryczne są dodatkowo wzmacniane, aby utworzyć odwrotny prąd nasycenia I0, który jest niezależny od napięcia wstecznej polaryzacji w pewnym zakresie napięcia wstecznego.

Gdy przyłożone napięcie wsteczne jest w pewnym stopniu wysokie, natężenie pola elektrycznego w warstwie ładunku kosmicznego złącza pn osiąga wartość krytyczną, co powoduje proces mnożenia nośników, dużą liczbę par dziur elektronowych i dużą liczbę odwróconych prąd przebicia, który nazywamy zjawiskiem przebicia diody.

Zasada diody laserowej - jak wykryć

I: metoda pomiaru rezystancji: usuń diodę laserową i użyj multimetru R × 1K lub R × Wartości rezystancji do przodu i do tyłu są mierzone na biegu 10K. W normalnych warunkach opór do przodu wynosi 20 ~ 40K Ω, a opór wsteczny wynosi ∞ (nieskończoność). Jeśli zmierzona wartość rezystancji przewodzenia przekroczyła 50K Ω, wydajność diody laserowej spadła. Jeśli zmierzona rezystancja przewodzenia jest większa niż 90K Ω, dioda jest poważnie przestarzała i nie można jej już używać.

II: metoda pomiaru prądu: za pomocą multimetru zmierz spadek napięcia na obu końcach rezystora obciążenia w obwodzie sterującym diodą laserową, a następnie oszacuj wartość prądu płynącego przez lampę zgodnie z prawem Ohma. Gdy prąd przekracza 100mA, jeśli potencjometr mocy lasera jest wyregulowany, a prąd nie zmienia się wyraźnie, można ocenić poważne starzenie się diody laserowej. Jeśli prąd gwałtownie wzrośnie i wymyka się spod kontroli, uszkodzony zostaje rezonator optyczny diody laserowej.