Диоде Ласер Мацхине

Врсте Диодних ласерских машина

Диодни ласери који емитују ивице
Диодни ласери који емитују ивице емитују ласерску светлост са ивице полупроводничког чипа. Емитују светлост паралелно са површином чипа. Диодни ласери који емитују ивице се формирају од чипа направљеног од галијум арсенида (ГаАс), индијум фосфида (ИнП) или галијум нитрида (ГаН). Чип се састоји од два (или више) слоја, укључујући (активни) регион смањења наелектрисања на пн споју, где се јавља ласерски ефекат.

Диоде које емитују ивице могу да обезбеде високе нивое оптичке снаге, у распону од миливата до десет вати или више. Такође показују већу електричну ефикасност од типичне, у поређењу са већином других типова ласера ​​и ласерских диода. Ови ласери се користе у већини области: телекомуникације, оптичко складиштење података, скенирање бар кодова, ласерско штампање, оптичко детекцију, медицинска опрема и индустријски ласерски системи.

Ласери са диодном диодом са вертикалном шупљином (ВЦСЕД).
ВЦСЕД уређаји се чешће називају ласери који емитују површину вертикалне шупљине (ВЦСЕЛ). Ово је класа полупроводничких ласерских диода која емитује ласерско светло окомито на површину чипа, кроз горњу површину чипа. ВЦСЕЛ се формирају од пн спојног чипа са вертикалном шупљином, која се састоји од два дистрибуирана Брегова рефлекторска огледала. Активни регион, где се светлост покреће поништавањем наелектрисања, центриран је између ових огледала. Овај тип ласера ​​генерално попуњава активни регион квантним бунарима или сличним структурама које индукују појачање. Светлост се емитује окомито на површину чипа као кружни или елиптични сноп са добро дефинисаним и симетричним профилом. Овај профил зрака добро реагује на колимацију, са релативно малом дивергенцијом.

Ови уређаји имају неколико предности у односу на диодне ласере који емитују ивице. Њихова струја прага је ниска, што омогућава високу електричну ефикасност при ниским нивоима снаге. Ови уређаји са кружним профилом снопа су погодни за спајање на оптичка влакна. Главна предност ВЦСЕЛ-а је то што се могу производити у скали вафер-а, што резултира нижим трошковима производње и већом униформношћу у односу на појединачно конструисане уређаје.

ВЦСЕД ласери су доступни да емитују опсег таласних дужина, од средње до близу инфрацрвене, као и видљиву светлост. Таласна дужина излаза је резултат избора материјала, дизајна споја и облика резонантне шупљине. Широко се користе у: оптичким мрежама, оптичким интерконекцијама и системима за пренос података велике брзине. Такође се користе у 3Д сенсингу за препознавање лица и дубину у мобилним уређајима, као и у општијим оптичким и сенсинг апликацијама као што су оптички мишеви, ласерски штампачи и 3Д скенери.

Ласери са дистрибуираном повратном спрегом (ДФБ).
ДФБ (дистрибутед феедбацк) ласери имају сличну структуру као и други полупроводнички ласери. Међутим, укључивање периодичне решеткасте структуре унутар активног региона, или спољашњег таласовода, јединствено је за ову класу. Дистрибуирана повратна решетка се састоји од периодичне варијације индекса преламања таласоводне области, што резултира периодичном модулацијом профила појачања. Ово делује као механизам повратне спреге, форсирајући оптичку повратну спрегу/појачавање на одабраној таласној дужини док потискује друге модове. То значи да ови уређаји производе светлост на одређеној таласној дужини са високом спектралном чистоћом и уском линијом. Ово је идеално за оптичке комуникације високе брзине преноса података, сензоре и разне спектроскопске и метролошке апликације високе резолуције.

ДФБ ласери такође могу бити дизајнирани за подешавање таласне дужине у ограниченом опсегу. Ово је резултат подешавања температуре, подешавања струје или екстерног механизма повратне спреге који омогућава подешавање индекса преламања.

Квантни каскадни ласери (КЦЛ)
Квантни каскадни ласер (КЦЛ) као извор ласера ​​користи квантне каскадне прелазе између нивоа енергије унутар више полупроводничких спојева. КЦЛ-ови су конструисани из више квантних бунара, са баријерама формираним од полупроводничких слојева различитих зазора. Када се примени струја пристрасности унапред, електрони и рупе путују кроз више квантизованих енергетских нивоа, ефикасно генеришући фотоне при сваком прелазу. Они обезбеђују емисију у средњим инфрацрвеним и терахерц регионима електромагнетног спектра и могу да емитују широк опсег таласних дужина унутар ових региона. Већини средње инфрацрвених ласерских технологија потребно је криогено хлађење, док КЦЛ раде на собној температури, што их чини идеалним за апликације којима је потребан овај фреквентни опсег. Пружање високог нивоа оптичке снаге чини их погодним за апликације веће енергије, испоручујући континуирани талас (ЦВ) режим са веома стабилним излазом.

Релативно једноставно подешавање таласне дужине емисије постиже се подешавањем дебљине слоја и напона пристрасности, што их чини идеалним за апликације спектроскопске анализе које захтевају више таласних дужина. Такође се користе за праћење животне средине, медицинске дијагностичке системе, даљинско испитивање и комуникацију у слободном простору.

Диодни ласери са екстерном шупљином (ЕЦДЛ)
ЕЦДЛ-ови су формат уређаја који користи спољну шупљину, обично спољни рефлектор или решетку, да појача ласерски излаз и контролише његове карактеристике. ЕЦДЛ омогућавају повећану прилагодљивост, уску ширину линије и прецизну контролу таласне дужине у поређењу са другим форматима диодног ласера. Имају сличну структуру као и други диодни ласери, са пн спојем усмереним напред и активним регионом у коме се емитују фотони. Спољна шупљина се додаје ласеру да би се обезбедила оптичка повратна спрега која омогућава прецизно подешавање фреквенције емисије. Ова шупљина садржи рефлектор, решетку или другу оптичку структуру која одражава део зрака назад у шупљину.

ЕЦДЛ-ови могу олакшати уже ширине линија, у поређењу са другим типовима диодних ласера. Спољашња шупљина потискује нежељене уздужне модове и оптички шум, пружајући бољу кохерентност и ужи сноп ширине линије. Ова класа уређаја је идеална за апликације које захтевају високу спектралну чистоћу за веома прецизну оптичку квантизацију.

ЕЦДЛ испоручују значајно побољшану прилагодљивост таласне дужине, у поређењу са већином диодних ласера. Таласна дужина ласера ​​може се прецизно подесити суптилним подешавањем положаја или упадног угла спољашњег рефлектора или решетке. Ово омогућава широк спектар захтевних примена у спектроскопији, атомској и молекуларној физици и метрологији. Предност доброг дизајна у спољашњој резонантној шупљини је то што подешавање фреквенције емисије може бити без мод-хоп-а—то јест, глатка подешавања се могу извршити између жељених таласних дужина, без асимптотичких и ометајућих промена корака.

Конусни диодни ласери
Конусни диодни ласери (или конусни појачивачи; конусни ласери) су класа ласера ​​са конусном шупљином за појачавање. Ови ласери постижу велику излазну снагу, добар квалитет зрака и високу електричну ефикасност. Овај конусни регион је шири на улазном крају и постепено се сужава према излазном крају. Ово сужавање служи за повећање ширине зрака и смањење оптичке густине у области ласерског појачања.

Конусни део за појачавање омогућава повећану област мода, омогућавајући већу екстракцију оптичке снаге. Такође помаже да се побољша колимација квалитета зрака у излазу. Конус такође повећава ефикасност коришћења примењене енергије пумпе. Још једна предност сужења је повећање спектра појачања, омогућавајући шири опсег таласних дужина у излазу. Ова могућност подешавања је посебно вредна карактеристика класе. Ови уређаји се широко користе у обради материјала, ласерском гравирању и ласерском пумпању (за гасне и чврсте ласере велике снаге). Њихова велика снага и добар квалитет снопа чине их погодним за захтевне примене у којима су прецизност, брзина и снага од суштинског значаја.

Суперлуминисцентни диодни (СЛД) ласери
СЛД (суперлуминисцентна диода) ласери, такође познати као извори појачане спонтане емисије (АСЕ), су ласерски тип који спаја својства ласерских диода и ЛЕД диода. Они производе светлост широког спектра високог интензитета, што их чини погодним за посебне примене у сликању, оптичком сензору и телекомуникацијама. СЛД ласери генеришу некохерентну светлост кроз појачану спонтану емисију. Ови уређаји производе широк пропусни опсег светлости, у распону од десетина до стотина нанометара, чинећи СЛД-ове погодним за апликације које захтевају широк спектар или снимање у високој резолуцији. СЛД испоручује веома светао излаз, што је мера оптичке снаге по јединици чврстог угла и јединичног опсега таласне дужине. Висока осветљеност је резултат појачане спонтане емисије и оптичког појачања. Њихов излаз има кратку дужину кохерентности у поређењу са конвенционалним ласерима. Ово је раздаљина на којој електромагнетни таласи одржавају свој фазни однос. То их чини погодним за апликације које захтевају сметње ниске кохерентности или слике са дубином. СЛД се користе у оптичкој кохерентној томографији (ОЦТ), оптичком сенсингу, спектроскопији, биомедицинском снимању, оптичкој метрологији и оптичком тестирању. Они су посебно вредни у ОЦТ системима за снимање биолошких ткива и материјала високе резолуције.

Ласери са двоструком хетероструктуром
Ласери са двоструком хетероструктуром (ДХ) су грана породице ласерских диода која интегрише хетероструктуру која побољшава перформансе технологије. ДХ ласери имају нижу граничну струју, већу ефикасност и повећану излазну снагу, у поређењу са уобичајеном конструкцијом хомоспојнице.

ДХ ласери су састављени од два пн споја формирана у три слоја. Зона исцрпљивања (централни слој н-типа) је спојена између два слоја п-типа са ширим размаком појаса. Ова конфигурација ствара ефикасно затварање носача и оптички режим без цурења, повећавајући електричну ефикасност и укупне перформансе. Повећано ограничење носиоца помаже да се повећа густина носиоца и рекомбинација, што доводи до већег добитка и побољшане оперативне ефикасности у већини аспеката. Секундарна предност је што хетероструктура индукује оптичко ограничење, повећавајући интеракцију светлост-материја. Нижа гранична струја је резултат мањег цурења носиоца набоја, што омогућава ласеру да достигне праг за почетак ласерског рада на нижим нивоима струје.

Ови уређаји се широко користе у телекомуникацијама, оптичким уређајима за податке, ласерском штампању и ласерским мерним системима. Они су посебно вредни у оптичким комуникацијама на даљину у којима су од користи висока ефикасност, ниске граничне струје и висок излаз.

Диодни ласери квантног бунара
Диодни ласери за квантне бунаре су породица уређаја који садрже квантно добре структуре које побољшавају оптичка/електрична својства. Они постижу нижу граничну струју, већу енергетску ефикасност и побољшану контролу таласне дужине, у односу на основне уређаје. Ови уређаји су конструисани од слојевите структуре танких полупроводничких плочица ужег појасног размака, затворених у слојеве са вишим размаком појаса. Слој квантног бунара ствара област ограничења и за носиоце и за генерисане фотоне, побољшавајући оптичко појачање. Ограничени носач постиже већу густину у региону квантног бунара, што олакшава побољшану употребу носача за стимулисану емисију, што резултира побољшаном ефикасношћу конверзије енергије. Они омогућавају прецизну контролу над генерисаном таласном дужином, подешавањем ширине и састава бунара. Ово омогућава да се таласна дужина емисије прецизно подеси према захтевним спецификацијама.

Диодни ласери за квантне бунаре су познати по излазној ширини уске линије. Потискивање конкуренције уздужних модова и смањени оптички шум резултирају бољом кохерентношћу и ужим спектралним понашањем. Овај формат уређаја је посебно користан у телекомуникацијама, оптичком складиштењу података, ласерском штампању и медицинској дијагностици. Компактни и ефикасни извори зрачења за оптичке комуникације су критични у оптичким влакнима великог пропусног опсега и великих удаљености.

Ласери са једним уздужним модом (СЛМ).
Једноструки лонгитудинални мод (СЛМ) ласери емитују светлост да би произвели једну фреквенцију или излаз таласне дужине са високом кохерентношћу и уском ширином линије. СЛМ ласери примењују различите технике као што су елементи за избор режима, методе стабилизације фреквенције и оптимизација дизајна шупљине да би постигли овај сингле-мод оутпут. Сузбијање уздужних модова који ометају ствара високо кохерентан излаз са уским спектром фреквенција.

СЛМ ласери се користе у различитим областима као што су телекомуникације, оптичка влакна, метрологија, спектроскопија и интерферометрија и као истраживачки алати, због своје високе кохерентности, прецизне контроле таласне дужине и уске ширине линије.

Међупојасни каскадни ласери
Међупојасни каскадни ласери (ИЦЛ) раде на међупојасном прелазу између различитих електронских опсега унутар активног региона. Они испоручују ефикасан рад и високе перформансе у средњем инфрацрвеном спектру таласних дужина. ИЦЛ-ови имају користи од међупојасних прелаза између енергетских опсега унутар сваке плочице, искоришћавајући каскадне прелазе између више степени/квантних бунара за постизање побољшаног оптичког појачања и ласерске емисије. Конвенционални диодни ласери се ослањају на ограниченије прелазе унутар појаса. Обично су дизајнирани да генеришу зрачење у средњим инфрацрвеним таласним дужинама, између 3 до 12 микрометара. Више степени квантних бунара су електрично повезани у каскадној конфигурацији. Сваки степен учествује у процесу појачања, што резултира већим оптичким појачањем од уређаја са једним спојем.

ИЦЛ испоручују посебно низак праг струје за почетак ласерског рада. Већа ефикасност транспорта и коришћења носача резултира мањом потрошњом енергије. ИЦЛ се примењују на детекцију гаса, хемијску анализу, праћење животне средине, контролу индустријских процеса и оптичке комуникације у слободном простору. Средње инфрацрвено зрачење је корисно за откривање и мерење специфичних загађивача.

Ласери са одвојеном затвореном хетероструктуром
Ласери са одвојеном затвореном хетероструктуром (СЦХ) користе дизајн хетероструктуре за побољшање оптичких и електричних својстава. Ово доноси смањене оптичке губитке, побољшано ограничење носиоца и побољшане укупне перформансе у поређењу са уобичајеним ласерима са хомојункцијом. СЦХ ласери укључују неколико плочица са различитим размацима појаса да би формирали сложенију хетероструктуру. Слој исцрпљености је у сендвичу са ширим слојевима појасног размака. Ова сложеност омогућава побољшано ограничење и носилаца и оптичких модова.

Побољшано затварање и смањено оптичко цурење су резултат тога што слојеви омотача задржавају и оптичку активност и активност носиоца набоја унутар активног региона. Смањено цурење носиоца посебно доприноси побољшаној струји прага и електричној ефикасности. Заузврат, ово побољшава перформансе, у поређењу са ласерима са хомојункцијом, побољшањем температурне стабилности, већег модулационог опсега и температурно зависног померања таласне дужине. СЦХ ласери су посебно корисни у апликацијама које захтевају ефикасност и температурну стабилност. Погодни су за опште примене као што су телекомуникације, оптичко складиштење података, ласерско штампање, оптичко сенсинг и истраживање засновано на ласеру, али су посебно погодне за теже окружења и оптичке комуникационе системе.

Дистрибуирани брагг рефлектор (ДБР) ласери
Дистрибутед Брагг рефлектор (ДБР) уређаји су уређаји који укључују дистрибуирани Брагг рефлектор интегрисан у шупљину за појачавање. Овај аспект омогућава прецизну контролу емитоване фреквенције и уску филтрацију за добру спектралну чистоћу и селекцију. Брегова решетка се састоји од наизменичних слојева материјала високог и ниског индекса преламања који функционишу као огледало селективно на таласну дужину. Ова структура рефлектује светлост свих неизабраних таласних дужина, док дозвољава жељеном зрачењу да се шири кроз шупљину за појачавање. Ова структура обезбеђује прецизну селективност таласне дужине, а подешавањем периода решетке или парова индекса преламања, емитована таласна дужина се може подесити у одређеном опсегу. Ово олакшава прилагођавање и компатибилност са низом апликација, укључујући системе мултиплексирања са поделом таласних дужина (ВДМ) и оптичку кохерентну томографију (ОЦТ).

ДБР ласери обезбеђују излазну ширину уске линије као резултат дистрибуиране повратне спреге Брегове решетке. Решетка потискује непожељне лонгитудиналне модове и резултира једномодном емисијом уске спектралне ширине. Ови уређаји испоручују корисне, високе односе потискивања бочног мода (ХСМСР), који представљају разлику у снази између жељеног ласерског мода и суседних модова, обезбеђујући меру селективности, спектралне чистоће и уске линије.

ДБР ласери се користе у телекомуникацијама, оптичком сензору, спектроскопији, метрологији и оптичкој кохерентној томографији. Користе се као прецизни и стабилни извори светлости у различитим системима који захтевају специфичне таласне дужине, уске ширине линија и високу спектралну чистоћу.

Ласери који емитују површину са вертикалном екстерном шупљином
Ласери који емитују површину са вертикалном екстерном шупљином (ВЕЦСЕЛ) су специјализовани тип ласерског уређаја који комбинује корисне карактеристике и ласера ​​са површинским емитовањем вертикалне шупљине (ВЦСЕЛ) и диодних ласера ​​са екстерном шупљином (ЕЦДЛ). Ово резултира јединственим карактеристикама као што су висока излазна снага, могућност подешавања таласне дужине и одличан квалитет зрака.

ВЕЦСЕЛ имају ласерску шупљину вертикално оријентисану, тако да се светлост емитује окомито на површину чипа. Овај вертикални дизајн омогућава ефикасно одвођење топлоте и прецизну контролу над емитованим снопом. Њихова спољашња конфигурација шупљине је конструисана од додатних рефлектујућих површина постављених изван структуре чипа. Ово омогућава контролу таласне дужине, обликовање зрака и скалирање снаге. ВЕЦСЕЛ су способни за већу излазну снагу од ВЦСЕЛ јер конфигурација спољашње шупљине побољшава дисипацију топлоте. Прецизно подешавање таласне дужине у широком спектралном опсегу постиже се променом положаја спољашњих огледала или подешавањем радне температуре уређаја. Кроз прецизно дизајнирану употребу спољашњих шупљина, ВЕЦСЕЛ постижу висококвалитетни излаз ниског угла дивергенције и уједначеног профила снопа.

ВЕЦСЕЛ се користе у научним истраживањима, обради материјала, медицинској дијагностици, оптичком сензору и телекомуникацијама. Они служе прецизним апликацијама као што су ласерска спектроскопија, ласерско хлађење и хватање/манипулација атома, ласерска аблација и оптичке комуникације велике брзине података.

Мулти-лонгитудинал моде (МЛМ) ласери
Мулти-лонгитудинални мод (МЛМ) ласери нуде необичну могућност емитовања на неколико, блиско распоређених, али уских фреквенцијских опсега, у релативно широком спектру. Уздужни модови у МЛМ ласерима су уско распоређени. Размак зависи од функционалног дизајна резонантне шупљине као што су њена дужина и индекс преламања ласерског медија. Њихов широк спектар емисије је последица присуства ових вишеструких модова. Спектрална ширина и дистрибуција модова произилазе из дизајна шупљина и спојева, као и из радних услова.

МЛМ ласери се користе у спектроскопији, метрологији, интерферометрији и телекомуникацијама. Они су посебно применљиви на оптичку кохерентну томографију (ОЦТ), у којој је могуће снимање у високој резолуцији, као резултат интерференције вишеструких лонгитудиналних модова.

Примена Диоде Ласер Мацхине

Како одржавати диодну ласерску машину

Како ради диодни ласер

Диодни ласери раде тако што стимулишу емисију фотона на споју полупроводника. Полупроводнички материјал има специфичне енергетске размаке који покрећу стварање и појачавање кохерентне светлости. Диода се састоји од пн споја. Регион н-типа ствара вишак негативно наелектрисаних носача (електрона) док п-тип ствара вишак позитивно наелектрисаних носача (рупа). Спој формира област исцрпљивања између два материјала. Када се преднапон преднапона (+ве на п и -ве на н материјал) примени преко споја, струја тече. Ово узрокује да се носиоци набоја крећу преко споја. Електрони из н региона и рупе из п региона се убризгавају у област исцрпљивања. Они се састају и неутралишу, ослобађајући фотон за свако поништено пуњење.

Диодни ласер је дизајниран са рефлектујућим површинама на крајевима, формирајући "оптичку шупљину". Фотони се рефлектују изнутра, а оптичка повратна спрега повећава стимулисану емисију и резултира ускопојасном, кохерентном светлошћу. Стимулирајућа емисија се такође дешава када фотон ступи у интеракцију са побуђеним електроном, узрокујући да емитује други фотон. Ови додатни фотони су идентични фотону који покреће, што доводи до појачања. Како се стимулисана емисија наставља и фотони се рефлектују унутар шупљине, интензитет ласерске енергије се повећава.