Diode laser là gì? Cấu tạo của laser diode? Cách sử dụng điốt laze – TKTech

Bạn đang quan tâm đến Diode laser là gì? Cấu tạo của laser diode? Cách sử dụng điốt laze – TKTech phải không? Nào hãy cùng PHE BINH VAN HOC theo dõi bài viết này ngay sau đây nhé!

Video đầy đủ Diode laser là gì? Cấu tạo của laser diode? Cách sử dụng điốt laze – TKTech

Diode laser là gì? nó hoạt động như thế nào, cấu tạo và thiết kế mạch sử dụng điốt laze? diode laser có những loại nào và cách sử dụng? Trong bài viết này, chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn một cách chi tiết nhất. vui lòng nhìn.

Diode laze là gì?

điốt laze là thiết bị bán dẫn tương tự như điốt ánh sáng (led). Diode sử dụng một điểm nối pn để phát ra ánh sáng kết hợp tất cả các sóng có cùng tần số và cùng pha. điốt laser có bước sóng khác nhau, từ 405nm đến 808nm, thường được sử dụng ở 450nm (laser xanh lá cây). Ánh sáng kết hợp được tạo ra bởi diode laser trải qua một quá trình khuếch đại ánh sáng hoặc kích thích bức xạ, viết tắt là laser. Vì điểm tiếp giáp pn được sử dụng để tạo ra ánh sáng laze, nó được gọi là điốt laze. Trước khi tìm hiểu thêm về nguyên lý hoạt động của diode laser, chúng ta hãy xem ánh sáng laser khác với ánh sáng bình thường như thế nào và những ưu điểm của nó.

vui lòng xem thêm về diode là gì?

sự khác biệt giữa ánh sáng laser và ánh sáng bình thường.

ánh sáng từ mặt trời hoặc từ hầu hết các nguồn sáng nhân tạo chứa nhiều bước sóng khác nhau và lệch pha với nhau. sóng ánh sáng từ các nguồn sáng đơn sắc như bóng đèn sợi đốt cũng lệch pha nhau. Ngược lại, điốt laze tạo ra một chùm ánh sáng laze hẹp được tạo thành từ ánh sáng có bước sóng tương tự. Chúng cùng pha với nhau và truyền theo một đường thẳng. đây là lý do tại sao chùm tia laze rất sáng và tập trung thành một điểm nhỏ.

Trong số tất cả các thiết bị sản xuất ánh sáng laser, điốt laser hoặc laser bán dẫn là hiệu quả nhất và có kích thước nhỏ nhất. Do đó, chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị khác nhau như máy in laser, máy đọc mã vạch, hệ thống an ninh, xe tự hành (lidar), truyền thông cáp quang, v.v.

laser didoe hoạt động như thế nào?

diode laser hoạt động theo 3 bước chính:

hấp thụ năng lượng

Điốt laze bao gồm một điểm tiếp giáp pn nơi chứa các lỗ trống và điện tử. (lỗ trống là lỗ trống thiếu electron). Khi một điện áp nhất định đi vào tiếp giáp pn, các electron sẽ hấp thụ năng lượng và chuyển lên mức năng lượng cao hơn. các lỗ trống được tạo thành ở vị trí ban đầu của êlectron bị kích thích. các electron ở trạng thái năng lượng cao khi lắp vào các lỗ trống sẽ cần rất ít thời gian. thời gian này được gọi là thời gian tái tổ hợp hoặc thời gian tồn tại ở trạng thái năng lượng cao. thời gian tái kết hợp là khoảng một nano giây đối với hầu hết các điốt laser.

tự vấn

Sau khi được kích thích vào trạng thái năng lượng cao, các electron lấp đầy các lỗ trống. tại thời điểm này, các electron chuyển từ mức năng lượng cao hơn xuống mức năng lượng thấp hơn. sự chênh lệch về năng lượng sẽ tạo thành bức xạ điện tử hoặc được chuyển thành photon (ánh sáng). đây là nguyên lý tạo ra ánh sáng của đèn led. năng lượng của photon phát ra được tạo ra bởi sự chênh lệch giữa hai mức năng lượng.

khuếch đại phát thải

để có ánh sáng cường độ cao, chúng ta cần nhiều photon hơn. bởi vì các photon phát ra từ quá trình tự phát xạ là rất ít. vì vậy một bộ phản xạ một phần được lắp đặt ở mỗi bên của diode. các photon sẽ bị phản xạ bởi gương nơi màng pn đến khi nó trở lại mức năng lượng cao. các photon phản xạ này kích thích các electron năng lượng cao khác. từ đó nó giải phóng ngày càng nhiều photon cùng pha với photon ban đầu và đầu ra được khuếch đại. khi cường độ của các photon vượt quá ngưỡng, chúng sẽ thoát ra khỏi các tấm phản xạ một phần, tạo ra ánh sáng đơn sắc.

cấu trúc của laser diode

Một điốt laze bán dẫn đơn giản được tạo thành từ các bộ phận sau theo thứ tự:

• tiếp xúc với kim loại
• vật liệu loại p
• vùng phóng xạ bên trong (vật liệu loại n)
• vật liệu loại n
• tiếp xúc với kim loại

Để dễ dàng hình dung cấu trúc của diode laser, hãy xem hình ảnh sau:

đầu vào kết nối với một tấm kim loại được gắn vào các lớp loại n và loại p. Loại diode laser này còn được gọi là diode laser đồng. vùng phóng xạ hoạt động là vùng giữa vật liệu loại p và loại n có thể tích lớn hơn, do đó sẽ có nhiều lỗ trống và electron bị giữ lại ở đây hơn. điều này cho phép nhiều điện tử hơn để lấp đầy các lỗ trống. do đó tạo ra sản lượng điện tốt hơn. ánh sáng laze được phát ra từ vùng elip. người ta có thể sử dụng thấu kính quang học để hội tụ chùm tia laze này hơn nữa. Cấu hình này còn được gọi là cấu tạo điốt p-i-n (loại p, nội tại, loại n) và thường được đặt trong một vỏ kim loại.

điốt laze

laser diode cấu trúc kép dh

Trong loại điốt laze này, lớp giữ điện tử được bổ sung bởi một lớp vật liệu khác được kẹp giữa loại p và n. mỗi liên kết giữa các vật liệu khác nhau được gọi là dị cấu trúc. Do sự hiện diện của hai dị cấu trúc, loại diode laser này được gọi là diode laser dị cấu trúc kép (DH). Ưu điểm của diode laser dh này là vùng hoạt động mỏng, giúp khuếch đại quang tốt hơn.

điốt laze lượng tử

Điốt laze lượng tử có một lớp xen kẽ rất mỏng hoạt động giống như một lò lượng tử. các electron sẽ có thể sử dụng các mức năng lượng lượng tử khi chuyển từ các mức năng lượng cao hơn xuống thấp hơn. điều này mang lại hiệu quả cao hơn cho loại diode laser này.

laser diode cấu trúc giam giữ riêng biệt

Điốt laser lượng tử có một lớp xen kẽ rất mỏng và nhỏ, hạn chế ánh sáng phát ra một cách hiệu quả. Để bù đắp điều này, trong diode laser giam giữ riêng biệt, hai lớp được thêm vào ba lớp ban đầu. các lớp này có chiết suất thấp hơn và hạn chế ánh sáng phát ra một cách hiệu quả.

bề mặt khoang dọc phát ra điốt laze (vcsel)

Đối với tất cả các điốt laze được thảo luận ở trên, khoang quang học được đặt vuông góc với hướng của dòng điện. tuy nhiên, trong các điốt laser phát xạ dọc, khoang quang học nằm dọc theo trục của hướng dòng điện. các tấm phản xạ một phần nằm gần phần cuối của khoang quang học.

điốt laze khác

• đi-ốt la-de lượng tử xếp chồng
• đi-ốt la-de phân tầng liên kết
• đi-ốt la-de phản xạ phân tán
• đi-ốt la-de phản xạ ngược
• ngoài laser diode lỗ
• laser diode bề mặt khoang ngoài theo chiều dọc (vcsel)

đặc điểm của diode pi

Sơ đồ sau là biểu đồ giữa công suất quang đầu ra trên trục y và đầu vào hiện tại cho điốt laze trên trục x.

Khi chúng ta tăng điện áp đầu vào của diode laser, công suất ánh sáng đầu ra dần dần tăng lên đến một ngưỡng nhất định. cho đến khi phần lớn ánh sáng tự phát. ở mức hiện tại, độ khuếch đại của phát xạ tăng lên. làm cho công suất đèn phát ra tăng lên nhiều lần, hiệu điện thế tăng nhỏ hơn hiệu điện thế đầu vào. công suất quang đầu ra cũng phụ thuộc vào nhiệt độ và giảm khi nhiệt độ giảm.

làm thế nào để tạo mạch điều khiển laser diode?

Điốt laser yêu cầu mạch điều hướng phức tạp bao gồm các vòng phản hồi khi đo công suất quang, nhiệt độ, điện áp đầu vào và dòng điện. Nhưng để điều khiển một diode laser dùng trong các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác cao, chúng ta có thể thiết kế mạch điều khiển diode laser đơn giản sử dụng IC điều chỉnh điện áp LM317. Dưới đây là sơ đồ.

Như vậy trên đây chúng tôi đã giới thiệu đến bạn đọc Diode laser là gì? Cấu tạo của laser diode? Cách sử dụng điốt laze – TKTech. Hy vọng bài viết này giúp ích cho bạn trong cuộc sống cũng như trong học tập thường ngày. Chúng tôi xin tạm dừng bài viết này tại đây.

Website: https://phebinhvanhoc.com.vn/