دیود لیزری چیست و کاربرد آن کجاست؟
در این مقاله با دیود لیزری و کاربرد آن آشنا میشویم.
دیود لیزری چیست؟
دیودهای لیزری، لیزرهای نیمه هادی هستند که پرتوهای منسجم بسیار شدیدی از نور تولید می کنند. این لیزرها توسط رابرت ان. هال در اوایل دهه 1960 ساخته شد و به آن ها لیزرهای تزریقی نیز گفته می شود. این امر به خوبی شناخته شده است که یک فوتون فرودی می تواند با اتم برهمکنش کند و فوتونی آزاد کند که از همه جهات مانند فاز، فرکانس، قطبش و جهت حرکت با فوتون برخورد کننده یکسان است.
این پدیده به عنوان انتشار تحریک شده شناخته می شود و اساس کار برای لیزرها (تقویت نور توسط انتشار تحریک شده تابش ها) را تشکیل می دهد. علاوه بر این، اگر این رویداد در مورد اتصال p-n رخ دهد، دیود به عنوان دیود لیزر شناخته می شود. دیود های لیزر معمولاً از سه لایه (گاهی اوقات حتی دو لایه) ساخته می شوند که در آن موادی مانند آرسنید گالیم (GaAs) با آلومینیوم یا سیلیکون یا سلنیوم دوپ می شوند تا لایه های p و n تولید کنند در حالی که لایه مرکزی، دوپ نشده و ذاتا یک لایه فعال دارد.
هنگامی که یک بایاس مستقیم بزرگ برای چنین آرایشی اعمال می شود، جریان سنگینی از طریق پیوند می گذرد و به این دلیل الکترون ها در مقایسه با حفره ها انرژی بیشتری به دست می آورند. این انرژی اضافی هنگام ترکیب الکترون ها با حفره ها (در طول فرآیند نوترکیبی) به شکل فوتون آزاد می شود.
تمامی این فوتون ها با فرکانس خاصی نوسان می کنند و بین دیواره های بازتابنده لایه فعال به جلو و عقب می چرخند. در طی این فرآیند، تعداد کمی از آن ها با اتم های دیگر برخورد می کنند تا تعداد بیشتری فوتون تولید کنند. این روند ادامه می یابد و بنابراین در مقایسه با الکترون های برانگیخته نشده، تعداد الکترون های برانگیخته افزایش می یابد.
این پدیده وارونگی جمعیت نامیده می شود و در این لحظه یک پرتو ثابت نور بسیار منسجم از لایه مرکزی، در جهت موازی با آن، از طریق سطح نیمه بازتابنده ساطع می شود.
همچنین لازم به ذکر است که برای بدست آوردن نور لیزر، سطوح انتهایی مواد نیمه هادی باید موازی یکدیگر بوده و با دقت برش و صیقل داده شوند.
در این میان، یکی باید کاملاً بازتابنده باشد در حالی که دیگری باید تا حدی بازتابنده باشد. همچنین، طول موج نور ساطع شده توسط دیود لیزر به فاصله بین این دو سطح بازتابنده بستگی دارد و معمولاً در طیف مرئی یا IR قرار دارد. این طول موج اندازه نقطه ای را تعیین می کند که نور لیزر می تواند به آن محدود شود، یعنی هرچه طول موج کوتاهتر باشد، اندازه نقطه کوچکتر خواهد بود.
دیودهای لیزر از نظر اندازه جمع و جور هستند و از انرژی کمی استفاده می کنند و در نتیجه وقتی مسئله فضا و مصرف برق است، لیزر ترجیح داده می شود. علاوه بر این دیودهای لیزر را می توان از نظر جریان آستانه آن ها مشخص کرد، که نشان دهنده مقدار جریانی است که در آن انتشار تحریک بر انتشار خود به خود غلبه می کند.
دیودهای لیزر در انواع مختلفی در دسترس هستند. اگر لایه فعال باریک باشد و بتواند تنها حالت نوری واحد را پشتیبانی کند و در نتیجه یک پرتو بسیار متمرکز ایجاد شود، در این صورت به چنین دیودهای لیزری، دیودهای لیزری تک حالته می گویند. از سوی دیگر، دیودهای لیزری چند حالته دارای ناحیه فعال گسترده تری هستند که از حالت های نوری جانبی متعدد پشتیبانی می کنند و در نتیجه قدرت خروجی بالایی دارند.
با این حال می توان با استفاده از دیودهای لیزری تقویت کننده توان نوسانگر اصلی (MOPA)، توان خروجی بیشتر از دیود لیزر تک حالته را بدون به خطر انداختن محدودیت آن در محدوده طیفی باریک به دست آورد، زیرا آن ها از تقویت کننده توان یکپارچه به منظور افزایش توان خروجی بدون تأثیر بر خروجی طیفی باریک تولید شده توسط بخش نوسانگر استفاده می کنند. علاوه بر این، بسته به اینکه نور لیزر در جهت موازی یا عمود بر ماده ساطع شده باشد، دیودهای لیزر می توانند ساطع کننده لبه/سطح باشند.
جدای از اینها، انواع دیگری از دیودهای لیزر مانند دیودهای لیزر ساطع کننده سطح حفره عمودی (دیودهای VCSEL)، دیودهای لیزر پرقدرت، دیودهای لیزری انباشته، لیزرهای بازخورد توزیع شده (DFB) یا لیزرهای بازتابنده براگ توزیع شده، دیودهای لیزری خارجی، دیودهای لیزر وسیع، لیزرهای موجبر نوری متصل به دال (SCOWL) و غیره وجود دارد.
کاربردهای لیزر دیود
کاربردهای دیودهای لیزر عبارتند از:
- پخش کننده سی دی و دی وی دی
- اسکنر بارکد
- کابل و انتقال تلویزیون با وضوح بالا (HD).
- کاربردهای پزشکی از جمله ابزارهای جراحی و برای التیام شبکیه و مغز.
- سیستم های تشخیص نفوذ
- برنامه های کنترل از راه دور
- کاربردهای صنعتی از جمله جوشکاری، برش دقیق فلزات، عملیات حرارتی، روکش فلزی و غیره.
- ارتباط فیبر نوری (با استفاده از انواع کابل های فیبر نوری)
- ارتباط از راه دور سرعت بالا
- سنجش طیف سنجی
- مسافت یاب
- اشاره گر لیزری
- چاپ
- مدارهای مجتمع
متشکرم
تشکر که این مطلب را خوانید