Algunos conocimientos sobre láseres de diodo
Los diodos láser son esencialmente diodos semiconductores. Dependiendo de si los materiales de la unión PN son los mismos, los diodos láser se pueden 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), la linealidad es deficiente y la monocromaticidad no es muy buena, lo que limita en gran medida su uso. en sistemas de televisión por cable en aplicaciones, no puede transmitir señales analógicas multicanal de alto rendimiento. En el módulo de retorno de un receptor óptico bidireccional, generalmente se utilizan diodos láser de pozo cuántico como fuente de luz para la transmisión de enlace ascendente.
La estructura básica de un diodo láser semiconductor es un par de planos paralelos perpendiculares a la unión PN que forman una cavidad resonante de Fabry-Perot. Esta cavidad resonante puede ser el plano de escisión del cristal semiconductor, o puede serlo. Ser superficie pulida. Las otras dos superficies son relativamente rugosas para eliminar el efecto láser en otras direcciones excepto en la dirección principal.
La emisión de luz en los semiconductores suele ser el resultado de la recombinación de portadores. La aplicación de un voltaje CC a la unión PN de un semiconductor debilitará la barrera de la unión PN, lo que obligará a inyectar electrones desde la región N a la región P a través de la unión PN, y a inyectar huecos desde la región P a la región N a través de la unión PN. la unión PN. Los electrones desequilibrados y los huecos inyectados en la unión PN se recombinarán, emitiendo así fotones con longitud de onda λ. La fórmula es la siguiente:
λ = hc/Eg (1)
Donde: h-constante de Planck; c: el ancho de la banda prohibida del semiconductor; .
El fenómeno de emisión de luz debido a la recombinación espontánea de electrones y huecos mencionado anteriormente se denomina emisión espontánea. Cuando los fotones generados por emisión espontánea pasan a través del semiconductor y pasan cerca del par electrón-hueco emitido, pueden ser estimulados para que se recombinen y produzcan nuevos fotones. Este fotón induce la recombinación de los portadores estimulados y emite nuevos fotones, lo que se denomina emisión estimulada. Si la corriente inyectada es lo suficientemente grande, se formará una distribución de portadores opuesta al estado de equilibrio térmico, es decir, el número de partículas se invierte. Cuando una gran cantidad de portadores en la capa activa se invierten, una pequeña cantidad de fotones generados por emisión espontánea producen radiación inducida debido a la reflexión recíproca en ambos extremos de la cavidad resonante, lo que resulta en una retroalimentación positiva de resonancia selectiva en frecuencia, o ganancia en una cierta frecuencia. Cuando la ganancia es mayor que la pérdida por absorción, se puede emitir luz coherente con buenas líneas espectrales (láser) desde la unión PN. Este es el principio simple del diodo láser.
Con el desarrollo de la tecnología y la tecnología, los diodos láser semiconductores utilizados actualmente tienen estructuras complejas multicapa. La Figura 2 muestra la estructura del diodo láser semiconductor rojo de la empresa japonesa Sanyo.
La figura 3 es una vista en sección transversal de un tubo láser de baja potencia. Como se puede ver en la imagen, el chip láser está conectado al disipador de calor para disipar el calor y el fotodiodo PIN está sellado en el soporte del tubo cerca de la parte inferior del chip láser.
La figura 4 muestra la forma de un diodo láser común. Como se puede ver en la imagen, el tubo láser de baja potencia tiene tres clavijas, porque en el tubo también se incluye un fotodiodo para monitorear la corriente de funcionamiento del tubo láser.
Los parámetros comúnmente utilizados de los diodos láser semiconductores son:
(1) Longitud de onda: la longitud de onda operativa del tubo láser. Las longitudes de onda de los tubos láser que se utilizan actualmente para 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 ordinarios de baja potencia, su valor es de alrededor de decenas de miliamperios, y la corriente umbral de los tubos láser con estructura de pozo cuántico múltiple tensada puede ser tan baja como 10 mA.
(3) Corriente de funcionamiento Iop: la corriente de conducción cuando el tubo láser alcanza la potencia de salida nominal, que es muy importante para el diseño y la depuración del circuito de conducción del láser.
(4) Ángulo de divergencia vertical θ ⊥: El ángulo con el que se abre la franja luminosa del diodo láser en dirección perpendicular a la unión PN, generalmente 15? ~40?Aproximadamente.
(5) Ángulo de divergencia horizontal θ∨: El ángulo en el que se abre la tira luminosa del diodo láser en dirección paralela a la unión PN, generalmente 6? ~10?Acerca de.
(6) Monitoreo de corriente Im: es decir, la corriente que fluye a través del tubo PIN cuando el tubo láser tiene potencia de salida nominal.