Thông số, nguyên lý và ứng dụng của Diode Laser

Nguyên lý hoạt động của điốt laser bán dẫn về mặt lý thuyết giống như nguyên lý hoạt động của laser khí.
Diode laser thực chất là một diode bán dẫn. Tùy theo vật liệu tiếp giáp PN có giống nhau hay không, diode laser có thể được chia thành các điốt laser đồng nhất, dị thể đơn (SH), tiếp xúc dị thể kép (DH) và điốt laser giếng lượng tử (QW). Điốt laser giếng lượng tử có ưu điểm là dòng điện ngưỡng thấp và công suất đầu ra cao, hiện là sản phẩm chủ đạo trên thị trường. So với laser, điốt laser có ưu điểm là hiệu suất cao, kích thước nhỏ và tuổi thọ cao. Tuy nhiên, công suất đầu ra của chúng nhỏ (thường dưới 2mW), độ tuyến tính kém và độ đơn sắc không tốt lắm, điều này hạn chế ứng dụng của chúng trong các hệ thống truyền hình cáp. Rất hạn chế, không thể truyền tín hiệu analog đa kênh, hiệu suất cao. Trong mô-đun truyền dẫn ngược của máy thu quang hai chiều, điốt laser giếng lượng tử thường được sử dụng làm nguồn sáng để truyền đường lên.

Tinh chất điốt laser
Diode laser thực chất là một diode bán dẫn. Tùy theo vật liệu tiếp giáp PN có giống nhau hay không, diode laser có thể được chia thành các điốt laser đồng nhất, dị thể đơn (SH), tiếp xúc dị thể kép (DH) và điốt laser giếng lượng tử (QW). Điốt laser giếng lượng tử có ưu điểm là dòng điện ngưỡng thấp và công suất đầu ra cao, hiện là sản phẩm chủ đạo trên thị trường. So với laser, điốt laser có ưu điểm là hiệu suất cao, kích thước nhỏ và tuổi thọ cao. Tuy nhiên, công suất đầu ra của chúng nhỏ (thường dưới 2mW), độ tuyến tính kém và độ đơn sắc không tốt lắm, điều này hạn chế ứng dụng của chúng trong các hệ thống truyền hình cáp. Rất hạn chế, không thể truyền tín hiệu analog đa kênh, hiệu suất cao. Trong mô-đun truyền dẫn ngược của máy thu quang hai chiều, điốt laser giếng lượng tử thường được sử dụng làm nguồn sáng để truyền đường lên.

Cấu trúc cơ bản của một diode laser bán dẫn như trong hình. Một cặp mặt phẳng song song vuông góc với điểm nối PN tạo thành hộp cộng hưởng Fabry-Perot. Chúng có thể là các mặt phẳng phân cắt của tinh thể bán dẫn hoặc các mặt phẳng được đánh bóng. Hai mặt còn lại tương đối nhám để loại bỏ hiệu ứng laser theo các hướng khác ngoại trừ hướng chính.

Trong hoạt động cụ thể, điểm nối PN của diode laser được hình thành bởi hai lớp arsenide gali pha tạp. Nó có hai cấu trúc có đầu phẳng, một cấu trúc được phản chiếu song song với đầu cuối (bề mặt có độ phản chiếu cao) và một cấu trúc phản chiếu một phần. Bước sóng của ánh sáng phát ra có liên quan chính xác đến chiều dài của khớp. Khi điểm nối PN bị phân cực thuận bởi nguồn điện áp bên ngoài, các electron sẽ di chuyển qua điểm nối và kết hợp lại giống như một diode bình thường. Khi các electron kết hợp lại với lỗ trống, các photon được giải phóng. Những photon này chạm vào các nguyên tử, khiến nhiều photon được giải phóng hơn. Khi dòng điện phân cực thuận tăng lên, nhiều electron đi vào vùng nghèo hơn và khiến nhiều photon được phát ra hơn.

Có hai điốt laser thường được sử dụng: điốt quang ①PIN. Khi nó nhận năng lượng quang học và tạo ra dòng quang điện, nó sẽ mang lại nhiễu lượng tử. ②Điốt quang tuyết lở. Nó cung cấp khả năng khuếch đại bên trong và có thể truyền xa hơn photodiode PIN, nhưng có nhiễu lượng tử lớn hơn. Để có được tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu tốt, bộ tiền khuếch đại có độ ồn thấp và bộ khuếch đại chính phải được kết nối phía sau thiết bị tách sóng quang.

Các thông số thường được sử dụng của điốt laser bán dẫn là:
(1) Bước sóng: nghĩa là bước sóng làm việc của ống laser. Hiện nay, các bước sóng của ống laser có thể được sử dụng làm công tắc quang điện bao gồm 635nm, 650nm, 670nm, 690nm, 780nm, 810nm, 860nm, 980nm, v.v.

(2) Dòng ngưỡng Ith: tức là dòng điện tại đó ống laser bắt đầu tạo ra dao động laser. Đối với các ống laser công suất thấp thông thường, giá trị của nó là khoảng hàng chục miliampe. Dòng ngưỡng của các ống laser có cấu trúc giếng lượng tử đa biến dạng có thể thấp tới 10mA. sau đây.

(3) Dòng điện hoạt động Iop: Tức là dòng điện truyền động khi ống laser đạt công suất đầu ra định mức. Giá trị này rất quan trọng để thiết kế và gỡ lỗi mạch điều khiển laser.

(4) Góc phân kỳ dọc θ⊥: Góc mà dải phát sáng của diode laser mở ra theo hướng vuông góc với điểm nối PN, thường là khoảng 15 độ ~ 40 độ.

(5) Góc phân kỳ ngang θ∥: Góc mà dải sáng của diode laser mở theo hướng song song với điểm nối PN, thường là khoảng 6 độ ~ 10 độ.

(6) Giám sát dòng điện Im: tức là dòng điện chạy qua ống PIN khi ống laser ở công suất đầu ra định mức.

Trong đời thực, điốt laser được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khoa học thông tin, chẳng hạn như truyền thông cáp quang, lưu trữ đĩa quang, in ấn và sao chép, và thẩm mỹ y tế. Đối với các ứng dụng cụ thể, việc lựa chọn cần kết hợp với các thông số kỹ thuật chính của nó, bao gồm bước sóng, công suất đầu ra, dòng điện hoạt động, điện áp hoạt động, v.v. Điốt laser cũng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị quang điện tử công suất thấp như ổ đĩa quang trên máy tính và máy in. đầu trong máy in laser.

Thông tin liên lạc:

Nếu bạn có bất kỳ ý tưởng nào, hãy nói chuyện với chúng tôi. Bất kể khách hàng của chúng tôi ở đâu và yêu cầu của chúng tôi là gì, chúng tôi sẽ tuân theo mục tiêu của mình là cung cấp cho khách hàng chất lượng cao, giá thấp và dịch vụ tốt nhất.