激光二极管

定义一种产生高强度相干光的半导体器件称为激光二极管。激光是一个缩写l锁定宽和高一个mplification由年代时间E的使命Radiation。刺激排放是激光二极管工作的基础。

激光二极管类似于LED,然而,与LED不同,激光二极管的PN结产生相干辐射。相干辐射意味着该装置产生的光波具有相同的频率和相位。

激光二极管的施工

下图是激光二极管的基本结构:激光二极管的结构

它通过将铝或硅掺杂到砷化镓材料中以产生n型和p型层而形成。除此之外,还置于两层之间的额外有源层。

这种活性层的厚度只有几纳米。将该层夹在p型和n型层之间是为了增加电子和空穴结合的面积。因此增加了发射的辐射。激光输出来自激光二极管的有源区域。

在激光二极管中,为了提供一个像镜子一样的表面,在结的两端进行抛光。通过这个表面的反射,产生了更多的电子和空穴对。因此,通过设备产生更多的辐射。

激光二极管工作原理

激光二极管的工作包括三个过程:吸收、自发发射和受激发射。

让我们先了解吸收的过程。

考虑2个能级E1和E.2。为简单起见,让我们假设e1是较低能级和E2是更高的能级。

激光二极管吸收

最初,假设原子处于下部能量状态I.,E1。为了从较低的能级转变到较高的能级,原子需要克服两个能级之间的能量差,由E给出2- E1

因此,将一些外部刺激提供给地面存在的原子。因此,频率ψ的电磁波在地面上提供给原子。该波为电子提供了足够的能量来补偿能量差并从e过渡1到E.2。该过程称为吸收。

现在进一步了解自发辐射的过程。激光二极管中的自发辐射

由于吸收,原子存在于能级E中2。所以,当原子的寿命到期时,它现在从更高的能级回到了地面。在回到地面能级时,原子释放出两个能级的能量差,即E2- E1

这种能量由原子以电磁波的形式发射出来,产生具有能量的光子。这个过程称为自发辐射。

这种辐射发射现象通常见于诸如LED等光电器件中。

现在让我们来了解受激发射的过程

激光二极管的刺激发射

假设在吸收之后,原子在其寿命耗尽之前处于较高的能级中。因此,一个频率等于原子自发发射频率的电磁波被提供给这个原子。

这导致原子从E2跃迁到E1。现在,这个原子会在这个跃迁中释放两个光子的能量。

因为我们已经将整个结组件与一个部分反射镜合并。因此,这将导致原子来回运动。结果,这将产生更多的光子。

一旦达到阈值,光子就会从镜面中逸出,该装置发出明亮的相干辐射。

在受激发射时,我们向原子提供光子能量。因此,发射的光子将与入射的光子处于相同的相位。因此,产生单色的强光。

激光二极管特性

下图显示了激光二极管的特征曲线:激光二极管的特点

这里,水平线表示电流和垂直线,显示出产生的光的光功率。从图中可以清楚地看出,在达到阈值点之前,注意到功率的逐渐增加。

在阈值之后,即使电流略有增加,功率也会迅速增加。激光二极管产生的功率也取决于与器件相关的温度。

激光特性

由激光二极管发出的激光保持以下属性:

  • 一致这是激光的一个重要特性,它是由于受激发射而存在的。它简单地表示发射光的波的波长是相同的。当我们讨论普通光源如LED时,它并不表现出相干性,因为它是由光子的自发发射过程产生的。
  • 单色性激光二极管发出的光本质上是单色的,这意味着它只有一个波长。具有单一波长的波表示所发射的辐射是单一颜色的。
  • 亮度:光的亮度基本上由每单位固体角度的每单位表面积的功率决定。由于连续反射,通过激光二极管产生高强度和更多功率的光。显着允许通过设备产生明亮的光。
  • 方向性:激光是高度方向的,这意味着由激光二极管发射的光不会显示出多大的发散。实现激光二极管中的方向性,因为发射的光子通过镜子经历多个反射。任何时候光偏离它的轴都会被跳过。因此,仅实现高度聚焦的光束。

激光二极管的优点

  1. 与其他发光器件相比,激光二极管的操作动力较少。
  2. 它体积小,因此可以更好地处理。
  3. 激光二极管产生高效率的光。

激光二极管的缺点

  1. 由于它提供了高密度的光线,因此有时会对眼睛产生不利影响。
  2. 它是昂贵的。

激光二极管的应用

激光二极管广泛应用于通信和国防工业。光纤通信也使用激光束来传输信号,因为光纤需要高度聚焦的光束。它在激光打印机中也被广泛使用。

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