Typowe zastosowania laserów diodowych można znaleźć w wielu dziedzinach. Omówiono również rodzaje materiałów wykorzystywanych do tworzenia tych laserów. Zazwyczaj mają one zakres długości fali emisyjnej, który mieści się w przedziale od czerwonego do niebieskiego. Urządzenia te są również powszechnie produkowane przez różnych producentów. W tym artykule zostaną przedstawione wspólne typy i długości fal laserów diodowych.
Typowe zastosowania
Lasery diodowe wytwarzają światło za pomocą prądu zmiennego. Ilość płynącego prądu zależy od temperatury urządzenia. Zwiększanie natężenia prądu powoduje wzrost mocy. Gdy prąd jest zbyt duży, urządzenie może zostać uszkodzone przez przegrzanie. Aby tego uniknąć, prąd musi być stabilizowany. Wiele diod laserowych posiada tryb stałej mocy, który automatycznie zmienia prąd napędzający.
Laser diodowy może emitować wąską, skupioną wiązkę, która jest monochromatyczna. Jego wąska charakterystyka spektralna sprawia, że jest idealny do wielu zastosowań. Należą do nich: określanie zasięgu, telekomunikacja, środki zaradcze w podczerwieni, czujniki spektroskopowe oraz podwajanie i konwersja częstotliwości. Lasery te mają również zastosowanie w terapii fotodynamicznej i oczyszczaniu wody w ultrafiolecie.
Laser diodowy działa poprzez pompowanie prądu elektrycznego do układu atomów. Posiada dwa główne elementy: okno optyczne i przewód elektryczny. Ten ostatni służy jako rezonator optyczny. Laser jest szybki i wrażliwy na niewielkie zmiany prądu wejściowego. Światło emitowane przez diodę może być wykorzystywane w obrazowaniu medycznym, astronomii i innych dziedzinach.
Dostępne są również jednoczęstotliwościowe lasery diodowe. Lasery te wykazują wysoki stopień stabilności i są powszechnie stosowane w spektroskopii i aplikacjach związanych z referencjami częstotliwości. Są one również klasyfikowane jako lasery z rozłożonym sprzężeniem zwrotnym lub lasery z rozłożonym reflektorem Bragga. Długość fali jednoczęstotliwościowego lasera diodowego jest stosunkowo stabilna podczas produkcji.
Wielkość w pełni zmontowanego lasera diodowego zmniejszyła się. Niektóre są tak małe, że można je zmieścić w module wielkości szminki. Jednak wiele z tych rozwiązań pozostaje zastrzeżonych i nie można ich poddać inżynierii odwrotnej. Mimo to zdolność do masowej produkcji laserów diodowych jest niezbędna do zastosowań na rynku masowym.
Lasery diodowe są wykorzystywane w wielu zastosowaniach medycznych ze względu na ich kompaktowy, jasny i niezawodny charakter. Ich niewielkie rozmiary i niezawodność sprawiają, że są ważnym wyborem w chirurgii nieinwazyjnej i terapii fotodynamicznej. Są one szczególnie przydatne w leczeniu nieczerniakowych nowotworów skóry i stanów przedrakowych skóry. Możliwość sterowania długością fali diody laserowej pozwala na ukierunkowanie jej na pożądany fragment skóry.
Główną zaletą diod laserowych jest to, że są łatwe w obsłudze i generują światło o wysokiej wydajności. Ponadto są tańsze w eksploatacji niż inne rodzaje diod. Jednak ich wrażliwość na temperaturę sprawia, że nie nadają się do zastosowań wymagających dużej mocy.
Materiały wykorzystywane do tworzenia laserów diodowych
Laser diodowy wykorzystuje półprzewodnik do wytwarzania światła. Światło emitowane przez diodę jest ograniczone do płaszczyzny złącza. Wiązka ta może być dodatkowo ograniczona przez zastosowanie soczewki lub innego układu optycznego. Wiązka ma kształt eliptyczny w wyniku różnicy rozbieżności bocznej i pionowej. W rzeczywistości eliptyczny kształt wiązki jest łatwo widoczny przy użyciu czerwonego wskaźnika laserowego.
Materiały używane do tworzenia laserów diodowych są półprzewodnikami o strukturze typu p. Najbardziej rozpowszechnionym półprzewodnikiem jest krzem, którego atomy dzielą elektrony z czterema sąsiadami. Jednak do produkcji laserów diodowych wykorzystuje się wiele innych ważnych półprzewodników, w tym arsenek galu i fosforek indu. Materiały te mają podobne struktury pasmowe, ale ich rozkład elektronów różni się w zależności od temperatury.
Najczęściej stosowanymi materiałami do produkcji laserów diodowych są arsenek galu i arsenek glinu. Materiały te mają różne przerwy pasmowe, a różnica między nimi powoduje, że elektrony wiążą się z jedną stroną, a dziury z drugą. To skupienie elektronów i dziur umożliwia laserom emisję światła.
Lasery diodowe mają szeroki zakres zastosowań. Mogą być stosowane w komunikacji światłowodowej, we wskaźnikach laserowych i w oświetleniu ogólnym. Są również stosowane w czujnikach spektroskopowych. Duża moc i elastyczność tych laserów sprawia, że nadają się one do wielu zastosowań naukowych wysokiej klasy.
Lasery diodowe mają wysoką sprawność, co czyni je wysoce opłacalnymi. Mogą one również wytwarzać większe ilości światła niż lasery konwencjonalne. Jednakże lasery diodowe wymagają do działania wysokiej jakości komponentów. Aby uzyskać optymalne wyniki, należy dysponować niezawodnym źródłem zasilania.
Lasery diodowe mogą pracować z setkami pojedynczych emiterów. Każdy laser diodowy posiada osobny radiator, który pomaga kontrolować temperaturę i przedłuża żywotność urządzenia. Jedna z powierzchni bocznych lasera diodowego jest ścięta pod kątem. Pozostałe powierzchnie boczne są teksturowane. W Stanach Zjednoczonych pierwszy komercyjny laser diodowy pracujący w temperaturze pokojowej został wprowadzony w 1975 roku przez firmę Diode Laser Labs z New Jersey.
Lasery diodowe wykonane są z dwóch różnych półprzewodników, półprzewodnika typu p i półprzewodnika typu n. W przeciwieństwie do diod LED, lasery diodowe wytwarzają światło spójne. Dlatego można je wykorzystać do odczytywania wżerów na płycie kompaktowej lub do skanowania kodu kreskowego.
Typowy zakres długości fali
Długość fali emisyjnej diody laserowej jest w dużej mierze określona przez przerwę pasmową materiału półprzewodnikowego aktywującego laser. Wartość ta jest zbliżona do energii fotonu, a na długość fali emisji może wpływać wiele czynników, w tym grubość studni kwantowej. Różne materiały półprzewodnikowe wytwarzają światło o różnych regionach spektralnych, co skutkuje różnymi energiami przerwy pasmowej. Zwiększenie ilości aluminium w urządzeniu półprzewodnikowym powoduje zwiększenie energii pasma, ale zmniejsza długość fali emisji.
Zazwyczaj urządzenia lasera diodowego wykorzystują światło w zakresie długości fali około 345 nm. Ich moc wyjściowa zależy od płynącego w nich prądu. Ponieważ są one ograniczone prądem progowym, moc wyjściowa rośnie wraz ze zmniejszaniem się prądu. Moc wyjściowa lasera diodowego jest proporcjonalna do stosunku prądu progowego do maksymalnej mocy wyjściowej.
Aby określić typowy zakres długości fali urządzenia lasera diodowego, można zmierzyć maksymalny wymagany prąd i wykreślić światło wyjściowe, aby określić jego sprawność. Prąd progowy, symbolizowany przez Ith, jest ważnym parametrem diody laserowej. Wielkość ta jest zwykle wyrażana w procentach.
Urządzenia laserowe z diodami można podzielić na dwie kategorie: wysokonakładowe aplikacje konsumenckie i wysokonakładowe aplikacje telekomunikacyjne. W przypadku zastosowań konsumenckich o dużej objętości ceny są zazwyczaj niższe niż w przypadku zastosowań telekomunikacyjnych. Do masowych zastosowań konsumenckich należą myszy optyczne, wskaźniki laserowe i niwelatory.
Lasery diodowe mają wiele zalet, ale mają też swoje wady. Są podatne na zakłócenia statyczne i stopniową utratę wydajności w miarę upływu czasu. Pomimo tych wad, lasery diodowe nadal stanowią znaczną część rynku laserów. Ich niewielkie rozmiary i niski koszt czynią je atrakcyjną opcją dla zastosowań masowych.
Lasery jednomodowe wyświetlają jednomodowe pasma widmowe, co charakteryzuje się przeskakiwaniem trybów. Diody jednomodowe mają wąskie widmo linewidth. Umożliwia to pracę jednomodową z małą mocą. Lasery jednomodowe mogą być używane zarówno do zastosowań o małej, jak i dużej mocy.
Wspólni producenci
Lasery diodowe są popularnym wyborem w wielu zastosowaniach. Wytwarzają one wąski zakres długości fal, co czyni je idealnymi do zastosowań w zakresie pomiaru odległości, telekomunikacji i przeciwdziałania podczerwieni. Mogą być również wykorzystywane do terapii fotodynamicznej i oczyszczania wody w spektrum UV.
Długość fali lasera diodowego zależy od przerwy pasmowej półprzewodnika i jego wnęki optycznej. Generalnie fotony o energii powyżej przerwy pasmowej uzyskują maksymalne wzmocnienie. Ogólnie rzecz biorąc, tryb najbliższy szczytowi wzmocnienia będzie świecił najsilniej, ale dodatkowe tryby boczne mogą również świecić, jeśli dioda jest wystarczająco silnie wysterowana. Niektóre diody pracują tylko na jednej długości fali, która zmienia się wraz ze zmianami temperatury i prądu.
Niektórzy producenci urządzeń z laserem diodowym wytwarzają swoje produkty z wykorzystaniem zaawansowanych technologii. Niektóre z tych innowacji pozostają własnością producentów, ale ich niezawodność może zadecydować o losach linii produktów. Na szczęście istnieje wiele sposobów na przetestowanie i porównanie produktów lasera diodowego. W niektórych przypadkach, aby określić, które urządzenia są najlepsze dla danego zastosowania, wystarczy przeprowadzić inżynierię odwrotną.
Urządzenia z laserem diodowym zostały zaprojektowane tak, aby zapewnić komfortową pracę, nawet podczas dłuższych sesji. Mają one lekką konstrukcję, która minimalizuje szanse na zmęczenie po całym dniu leczenia. Rękojeść jest zaprojektowana tak, aby oferować różne rozmiary plamek i jest w stanie celować w duże obszary i wiele różnych części ciała.
Jednym z najbardziej popularnych typów urządzeń z laserem diodowym jest laser Fabry-Perota. Ten typ lasera diodowego posiada interferometr Fabry’ego-Perota jako rezonator laserowy. Lasery te mają wyjście o jednej długości fali i wąską szerokość linii. Lasery te charakteryzują się dużą czułością, wysoką sprawnością i niskimi wadami produkcyjnymi.
Podobne tematy