как работает лазерный диод | Руководство CIELLULU

Как работает лазерный диод?

Понимание внутреннего устройства лазерного диода критически важно для специалистов в различных областях. В этой статье разъясняются принципы работы лазерного диода, а также рассматриваются распространённые вопросы, вызывающие недоумение. Мы рассмотрим фундаментальные физические принципы и основные компоненты, предоставив чёткое и краткое объяснение.

Вынужденное излучение: сердце лазерного диода

В основе любого лазера, включая лазерный диод, лежит принцип вынужденного излучения. В отличие от спонтанного излучения, когда электрон случайным образом меняет энергетические уровни и испускает фотон, вынужденное излучение происходит при попадании фотона на него, вызывая испускание идентичного фотона. Этот процесс критически важен для создания когерентного света – световых волн с одинаковой частотой, фазой и направлением – определяющей характеристики лазерного излучения. В лазерном диоде этот процесс реализуется в полупроводниковом материале.

Полупроводниковый материал и p-n-переход

Лазерные диоды используют полупроводниковый материал, обычно такой как арсенид галлия (GaAs), структурированный как p-n-переход. Этот переход формируется путём легирования полупроводника примесями, создающими области с избыточным положительным зарядом (p-тип) и отрицательным зарядом (n-тип). При подаче прямого напряжения смещения электроны из n-области и дырки из p-области рекомбинируют в переходе.

Оптический резонатор и обратная связь

Рекомбинация электронов и дырок приводит к испусканию фотонов. Для усиления этого света и создания лазерного луча эти фотоны удерживаются в оптической полости, образованной расколом полупроводникового материала на концах. Эти расколы действуют как зеркала, отражая фотоны туда и обратно через активную область. Этот механизм обратной связи усиливает вынужденное излучение, что приводит к каскадному эффекту и генерации высокоинтенсивного когерентного лазерного луча.

Выход лазерного диода и его применение

Полученный лазерный свет выходит из диода через один из частично отражающих концов резонатора. Длина волны излучаемого света определяется шириной запрещённой зоны используемого полупроводникового материала. Это делает лазерные диоды универсальными, позволяя создавать лазеры, излучающие в широком диапазоне длин волн, от инфракрасного до видимого света. Эти диоды находят широкое применение в телекоммуникациях, оптических накопителях, сканерах штрихкодов, лазерных указках и многих других технологиях.

Выбор правильного лазерного диода

Выбор подходящего лазерного диода зависит от ряда факторов, включая требуемую длину волны, выходную мощность, качество луча и рабочий ток. Понимание фундаментальных принципов работы — ключ к принятию обоснованных решений.