האור הלבן הטבעי מורכב מכל צבעי ה- VIBGYOR של ספקטרום האור הנראה, שהוא פס רחב רחב של תדרים רבים ושונים. נוריות ה- LED הרגילות מעניקות פלט אור המורכב לעיתים קרובות מצבע אחד, אך גם אור זה מכיל גלים אלקטרומגנטיים, המכסים טווח תדרים רחב למדי. מערכת העדשות הממוקדת את האור היא בעלת אורך מוקד קבוע, אך אורך המוקד הנדרש למיקוד אורכי גל שונים (צבעים) של האור שונה. לכן, כל צבע יתמקד בנקודות שונות, ויגרום ל'סטייה כרומטית '. ה אור דיודות לייזר מכיל תדר יחיד בלבד. לכן, ניתן למקד אותה אפילו על ידי מערכת עדשות פשוטות עד לנקודה קטנה במיוחד. אין סטייה כרומטית מכיוון שרק אורך גל אחד קיים, כמו כן כל האנרגיה ממקור האור מרוכזת בנקודת אור קטנה מאוד. LASER הוא ראשי תיבות של הגברה קלה על ידי פליטת קרינה מגורה.
סטייה כרומטית
בניית דיודות לייזר
האיור לעיל מראה קונסטרוקציה פשוטה של דיודת לייזר, הדומה ל- דיודת פולטות אור (LED) . הוא משתמש בגליום ארסניד המסומם באלמנטים כמו סלניום, אלומיניום או סיליקון כדי לייצר סוג P וסוג N. חומרי מוליכים למחצה . בעוד שדיודת לייזר מכילה שכבה פעילה נוספת של גליום ארסניד לא-מנוטרל (פנימי), עובי רק כמה ננומטרים, כשהוא דחוק בין שכבות P ו- N ויוצר למעשה דיודת PIN (סוג N פנימי מסוג P) . בשכבה זו מייצר אור הלייזר.
בניית דיודות לייזר
כיצד עובדות דיודות לייזר?
כל אטום על פי תורת הקוונטים יכול אנרגיות רק ברמת אנרגיה נפרדת מסוימת. בדרך כלל, האטומים נמצאים במצב האנרגיה הנמוך ביותר או במצב הקרקע. כאשר מקור אנרגיה הניתן לאטומים במצב הקרקע יכול להתרגש ללכת לאחת הרמות הגבוהות יותר. תהליך זה נקרא ספיגה. לאחר שהייה ברמה זו למשך זמן קצר מאוד, האטום חוזר למצבו הקרקעי הראשוני, ופולט פוטון בתהליך, תהליך זה נקרא פליטה ספונטנית. שני תהליכים אלה, קליטה ופליטה ספונטנית, מתרחשים במקור אור קונבנציונאלי.
עקרון פעולת לייזר
במקרה שהאטום, עדיין במצב נרגש, נפגע מפוטון חיצוני שיש לו בדיוק את האנרגיה הדרושה לפליטה ספונטנית, הפוטון החיצוני מוגדל על ידי זה שוויתרו עליו האטום הנרגש. יתר על כן, שני הפוטונים משוחררים מה אותו מצב נרגש באותו שלב, תהליך זה, הנקרא פליטה מגורה, הוא בסיסי לפעולת לייזר (מוצג באיור לעיל). בתהליך זה, המפתח הוא הפוטון בעל אורך הגל זהה לזה של האור שייפלט.
הגברה והיפוך אוכלוסין
כאשר נוצרים תנאים נוחים לפליטה המגורה, יותר ויותר אטומים נאלצים לפלוט פוטונים ובכך יוצרים תגובת שרשרת ומשחררים כמות עצומה של אנרגיה. התוצאה היא הצטברות מהירה של אנרגיה של פליטת אורך גל מסוים אחד (אור מונוכרומטי), הנע בקוהרנטיות בכיוון מסוים וקבוע. תהליך זה נקרא הגברה על ידי פליטה מגורה.
מספר האטומים ברמה כלשהי בזמן נתון נקרא אוכלוסיית אותה רמה. בדרך כלל, כאשר החומר אינו מתרגש חיצונית, אוכלוסיית המפלס התחתון או מצב הקרקע גדולה מזו של המפלס העליון. כאשר אוכלוסיית המפלס העליון עולה על זו של המפלס התחתון, המהווה היפוך של התפוסה הרגילה, התהליך נקרא היפוך אוכלוסין. מצב זה חיוני לפעולת לייזר. לכל פליטה מגורה.
יש צורך שרמת האנרגיה העליונה או מצב יציב שנפגש יהיו בעלי חיים ארוכים, כלומר האטומים צריכים להשהות במצב היציב שנפגש יותר זמן מאשר ברמה התחתונה. לפיכך, לצורך פעולת לייזר, מנגנון השאיבה (מלהיב עם מקור חיצוני) צריך להיות כזה, שישמור על אוכלוסיית אטומים גבוהה יותר ברמת האנרגיה העליונה ביחס לזו שבמפלס התחתון.
יש צורך שרמת האנרגיה העליונה או מצב יציב שנפגש יהיו בעלי חיים ארוכים, כלומר האטומים צריכים להשהות במצב היציב שנפגש יותר זמן מאשר ברמה התחתונה. לפיכך, לצורך פעולת לייזר, מנגנון השאיבה (מלהיב עם מקור חיצוני) צריך להיות כזה, שישמור על אוכלוסיית אטומים גבוהה יותר ברמת האנרגיה העליונה ביחס לזו שבמפלס התחתון.
שליטה על דיודת הלייזר
דיודת הלייזר מופעלת בזרם גבוה בהרבה, בדרך כלל בערך פי 10 מנורת נורית רגילה. האיור שלהלן משווה גרף של תפוקת האור של נורית נורית ושל דיודת לייזר. במנורת LED תפוקת האור עולה בהתמדה ככל שגדל זרם הדיודה. בדיודת לייזר, לעומת זאת אור לייזר אינו מופק עד שהרמה הנוכחית מגיעה לרמת הסף כאשר מתחילה להתרחש פליטה מגורה. זרם הסף הוא בדרך כלל יותר מ 80% מהזרם המרבי שהמכשיר יעבור לפני שייהרס! מסיבה זו, יש לווסת בקפידה את הזרם דרך דיודת הלייזר.
השוואה בין נורית לד
בעיה נוספת היא שפליטת הפוטונים תלויה מאוד בטמפרטורה, הדיודה כבר מופעלת קרוב לגבול שלה ולכן מתחממת, ולכן משנה את כמות האור הנפלטת (פוטונים) ואת זרם הדיודה. עד שדיודת הלייזר עובדת ביעילות היא פועלת על סף אסון! אם הזרם מצטמצם ויורד מתחת לזרם הסף, פליטה מגורה מפסיקה קצת יותר מדי זרם והדיודה נהרסת.
מכיוון שהשכבה הפעילה מלאה בפוטונים מתנדנדים, חלקם (בדרך כלל כ -60%) מהאור בורח בקורה צרה ושטוחה מקצה שבב הדיודה. כפי שמוצג באיור להלן, אור שיורי כלשהו בורח גם בקצה הנגדי ורגיל להפעיל פוטודיודה , הממיר את האור בחזרה לזרם החשמלי. זרם זה משמש כמשוב למעגל מנגנון הדיודות האוטומטי, למדידת הפעילות בדיודת הלייזר וכך לוודא על ידי בקרת הזרם דרך דיודת הלייזר, כי תפוקת הזרם והאור נשארת ברמה קבועה ובטוחה.
שליטה על דיודת הלייזר
יישומי דיודת לייזר
מודולי דיודות לייזר הם אידיאליים ליישומים כגון מדעי החיים, מכשור תעשייתי או מדעי. מודולי דיודות לייזר זמינים במגוון רחב של אורכי גל, כוחות פלט או צורות קרן.
לייזרים בעלי צריכת חשמל נמוכה משמשים במספר גדל והולך של יישומים מוכרים, כולל נגני CD ו- DVD ומקליטים, קוראי ברקודים, מערכות אבטחה, תקשורת אופטית ומכשירים כירורגיים.
יישומים תעשייתיים: חריטה, חיתוך, שרטוט, קידוח, ריתוך וכו '.
יישומים רפואיים מסירים רקמות לא רצויות, אבחון של תאים סרטניים באמצעות פלואורסצנטי, תרופות דנטליות. באופן כללי, התוצאות באמצעות לייזרים טובות יותר מהתוצאות באמצעות סכין כירורגית.
דיודות לייזר המשמשות לטלקום: בתחום הטלקום לדיודות לייזר בפס של 1.3 מיקרומטר ו- 1.55 מיקרומטר המשמשות כמקור האור העיקרי עבור לייזרים של סיבי סיליקה יש פחות אובדן העברה ברצועה. דיודת הלייזר עם הפס השונה משמשת לשאיבת מקור להגברה אופטית או לקישור האופטי למרחק קצר.
לפיכך, מדובר בכל בניית דיודות לייזר והשימושים בו. אם אתה מעוניין ב בניית פרויקטים מבוססי LED לבד, אז אתה יכול לפנות אלינו על ידי פרסום השאילתות שלך או מחשבות חדשניות בסעיף ההערות להלן. הנה שאלה בשבילך, מה הפונקציה של דיודת לייזר?
