Laserová dióda
Laserová dióda je luminiscenčná dióda, u ktorej dochádza nad určitou prúdovou hustotou prevažne k stimulovanej rekombinácii nosičov náboja, doprevádzanej emisiou žiarenia, pričom s hustotou prúdu sa zväčšuje koherentná časť rekombinačného žiarenia. K tomuto deju dochádza pri priechode priepustného prúdu prechodom PN.
Laserová dióda.
Opis
Na prípravu polovodičového laseru sa používa mnoho materiálov(polovodivých/polovodičových zlúčenín), z ktorých prevažujú zliatiny typu Ga(As1-xPx), Cd(SxS1-x) GaAs, InP a ďalšie. V monokryštáli daného materiálu s vodivosťou typu N a s veľkou koncentráciou prímesí, sa difúznou technológiou vytvorí vrstva P. Z tejto štruktúry sa potom pripraví hranol. Jeho steny rovnobežné s prechodom PN sa opatria ohmickým kontaktom, pre prívod prúdu. Čelné plochy, ktorými vychádza generované žiarenia, sú presne zabrúsené, vyleštené na vysoký lesk a dostatočne opticky rovnobežné. Zostávajúce bočné steny sa opracúvajú hrubo, aby cez ne nevychádzalo generované žiarenie. Laserová dióda sa pri malých priepustných prúdoch chová ako elektroluminiscenčná dióda. Prahová hodnota prúdu laserovej diódy, pri teplote polovodiča 27 °C je asi 105A/cm2. Pri takej prúdovej hustote je nevyhnutné PN prechod intenzívne chladiť. Tento druh polovodičového laseru je vyrábaný a využívaný najčastejšie. Jeho účinnosť premeny dodávanej energie na svetelnú je značná a dosahuje bežne až 50 percent. Pri chladení tekutým dusíkom (-196 °C) z neho možno vyťažiť až 3W žiarivého výkonu, pri impulzovom režime až 100 W, špičkove až 300 W. Možno ho budiť:
- priepustným prúdom
- zväzkom svetla - zdrojom budiaceho signálu je polovodičový laser (napr. GaAs) budený priepustným prúdom, ktorý zväzkom svetla budí polovodičový laser bez prechodu PN (napr. InSb). Obe súčiastky musia byť pre správnu funkciu čo najtesnejšie pri sebe, aby povrchom budeného polovodičového laseru prešla čo najväčšia časť vstupného žiarenia a aby vstupný žiarivý tok mal určitú minimálnu prahovú hodnotu. Z tohto systému možno dosiahnuť impulzový výkon 3.104W.
- lavínovým prierazom - ak sa dostatočne urýchli pohyb nosičov náboja (elektrónov, príp. dier), v polovodiči pomocou elektrického poľa, nastane nárazová ionizácia, ktorá vytvára páry: elektrón-diera. Dôjde súčasne ku rekombinácii elektrón-diera a vzniká koherentné žiarenie. Polovodičové lasery tohto druhu sa vyrábajú so štruktúrou PПN a žiarenie z neho vystupuje kolmo na smer elektrického poľa.
Vlastnosti.
Polovodičové lasery majú veľmi malé rozmery - dĺžku približne len 0,1 mm. Pretože je aktívna oblasť veľmi úzka (okolo jedného mikrometra), je divergencia (rozptyl) vychádzajúceho lúča veľmi veľká a je nutné zväzok kolimovať do rovnobežného smeru vhodnou šošovkou. Spektrálne a iné vlastnosti závisia od druhu použitého polovodičového materiálu a spôsobu prevedenia PN-prechodu. Priame budenie elektrickým prúdom prináša výhodu v jednoduchosti modulácie laserového zväzku.
Využitie.
Nachádzajú široké možnosti použitia, napr. pri konštrukcii číslicových zariadení s rýchlosťou 109 operácií za sekundu a v logických obvodoch s operačnou rýchlosťou 109 až 1013 operácií za sekundu.
Referencie
- Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich: Základy Fotoniky – svazek 3, vydavatelství matfyzpress - Matematicko-fyzikální Fakulty University Karlovy.
©: 1991 by John Wiley and Sons, Inc. All Right Reserved. Authorized translation from Englishlanguage edition published by John W. and Sons, Inc.
Translation ©: Matfyzpress - vydavatelství Matematicko-fyzikální Fakulty University Karlovy.