Parámetros, principios y aplicaciones del diodo láser

El principio de funcionamiento de los diodos láser semiconductores es teóricamente el mismo que el de los láseres de gas.
El diodo láser es esencialmente un diodo semiconductor. Según si el material de la unión PN es el mismo, el diodo láser se puede dividir en diodos láser de homounión, heterounión simple (SH), heterounión doble (DH) y pozo cuántico (QW). Los diodos láser de pozo cuántico tienen las ventajas de un umbral de corriente bajo y una potencia de salida alta, y actualmente son productos convencionales en el mercado. En comparación con los láseres, los diodos láser tienen las ventajas de alta eficiencia, tamaño pequeño y larga vida útil. Sin embargo, su potencia de salida es pequeña (generalmente menos de 2 mW), su linealidad deficiente y su monocromaticidad no son muy buenas, lo que limita su aplicación en sistemas de televisión por cable. Muy limitado, no puede transmitir señales analógicas multicanal de alto rendimiento. En el módulo de retorno de un receptor óptico bidireccional, los diodos láser de pozo cuántico se utilizan generalmente como fuentes de luz para la transmisión de enlace ascendente.

Esencia de diodo láser
El diodo láser es esencialmente un diodo semiconductor. Según si el material de la unión PN es el mismo, el diodo láser se puede dividir en diodos láser de homounión, heterounión simple (SH), heterounión doble (DH) y pozo cuántico (QW). Los diodos láser de pozo cuántico tienen las ventajas de un umbral de corriente bajo y una potencia de salida alta, y actualmente son productos convencionales en el mercado. En comparación con los láseres, los diodos láser tienen las ventajas de alta eficiencia, tamaño pequeño y larga vida útil. Sin embargo, su potencia de salida es pequeña (generalmente menos de 2 mW), su linealidad deficiente y su monocromaticidad no son muy buenas, lo que limita su aplicación en sistemas de televisión por cable. Muy limitado, no puede transmitir señales analógicas multicanal de alto rendimiento. En el módulo de retorno de un receptor óptico bidireccional, los diodos láser de pozo cuántico se utilizan generalmente como fuentes de luz para la transmisión de enlace ascendente.

La estructura básica de un diodo láser semiconductor se muestra en la figura. Un par de planos paralelos perpendiculares a la unión PN forman una cavidad resonante de Fabry-Perot. Pueden ser planos de escisión del cristal semiconductor o planos pulidos. Los dos lados restantes son relativamente rugosos para eliminar el efecto láser en otras direcciones excepto en la dirección principal.

En funcionamiento específico, la unión PN del diodo láser está formada por dos capas de arseniuro de galio dopado. Tiene dos estructuras de extremos planos, una reflejada paralela al extremo (una superficie altamente reflectante) y otra parcialmente reflectante. La longitud de onda de la luz a emitir está exactamente relacionada con la longitud de la articulación. Cuando una unión PN está polarizada directamente por una fuente de voltaje externa, los electrones se mueven a través de la unión y se recombinan como un diodo normal. Cuando los electrones se recombinan con los huecos, se liberan fotones. Estos fotones golpean los átomos, provocando que se liberen más fotones. A medida que aumenta la corriente de polarización directa, más electrones ingresan a la región de agotamiento y provocan que se emitan más fotones.

Hay dos diodos láser de uso común: ①Fotodiodo PIN. Cuando recibe energía óptica y genera fotocorriente, generará ruido cuántico. ②Fotodiodo de avalancha. Proporciona amplificación interna y puede transmitir más lejos que un fotodiodo PIN, pero tiene mayor ruido cuántico. Para obtener una buena relación señal/ruido, detrás del dispositivo de fotodetección se deben conectar un preamplificador de bajo ruido y un amplificador principal.

Los parámetros comúnmente utilizados de los diodos láser semiconductores son:
(1) Longitud de onda: es decir, la longitud de onda de trabajo del tubo láser. Actualmente, las longitudes de onda de los tubos láser que se pueden utilizar como interruptores fotoeléctricos incluyen 635 nm, 650 nm, 670 nm, 690 nm, 780 nm, 810 nm, 860 nm, 980 nm, etc.

(2) Corriente umbral Ith: es decir, la corriente a la que el tubo láser comienza a generar oscilación láser. Para los tubos láser generales de baja potencia, su valor es de aproximadamente decenas de miliamperios. La corriente umbral de los tubos láser con una estructura de pozo cuántico múltiple deformada puede ser tan baja como 10 mA. la siguiente.

(3) Corriente de funcionamiento Iop: es decir, la corriente de conducción cuando el tubo láser alcanza la potencia de salida nominal. Este valor es importante para diseñar y depurar el circuito de conducción láser.

(4) Ángulo de divergencia vertical θ⊥: el ángulo en el que la franja luminosa del diodo láser se abre en la dirección perpendicular a la unión PN, generalmente alrededor de 15 grados ~ 40 grados.

(5) Ángulo de divergencia horizontal θ∥: el ángulo en el que la banda luminosa del diodo láser se abre en dirección paralela a la unión PN, generalmente alrededor de 6 grados ~ 10 grados.

(6) Monitoreo de corriente Im: es decir, la corriente que fluye a través del tubo PIN cuando el tubo láser tiene la potencia de salida nominal.

En la vida real, los diodos láser se utilizan ampliamente en los campos de las ciencias de la información, como las comunicaciones por fibra óptica, el almacenamiento en discos ópticos, la impresión y copia, y la cosmetología médica. Para aplicaciones específicas, la selección debe combinarse con sus principales parámetros técnicos, incluida la longitud de onda, la potencia de salida, la corriente de funcionamiento, el voltaje de funcionamiento, etc. Los diodos láser también se utilizan ampliamente en dispositivos optoelectrónicos de baja potencia, como unidades de disco óptico en computadoras e impresoras. Cabezales en impresoras láser.

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