¿Qué es un diodo láser? Construcción, trabajo, variedades y propósitos

Diodo láser: Construcción, Trabajo, Variedades, Beneficios, Desventajas y Propósitos

El diodo láser, al igual que el LED, se utiliza para producir blandura, pero la blandura es coherente y está centrada en un nivel pequeño. Fue inventado por el físico estadounidense Theodore H. Maiman. Se utiliza ampliamente en la comunicación por fibra óptica, el lector de códigos de barras, la impresión y el escaneado por láser, etc.

¿Qué es un diodo láser?

La expresión LASER significa "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" (amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación). Es una máquina de unión PN basada en semiconductores que convierte la energía eléctrica en energía blanda, de forma muy parecida al LED. Genera una alta intensidad coherente y monocromática suave (sombreado único).

Las radiaciones emitidas tienen la misma frecuencia y un ancho de banda parcial o típicamente muy pequeño. Se utiliza en las comunicaciones de fibra óptica de alta velocidad.

Funciona igual que el LED, aparte de la unión PN de la energía excesiva y suave debido a la emisión solar estimulada. Un fotón incidente incide en el átomo semiconductor produciendo dos fotones que dan lugar a un haz de energía excesiva.

Imagen del diodo láser

La imagen del diodo láser se parece a la del LED, y además tiene una línea vertical adicional, como se demuestra a continuación.

Terminales de diodos láser

El diodo láser suele tener tres terminales: diodo láser catódico (LDC), frecuente (+) y fotodiodo anódico (PDA). A menudo, un diodo láser tiene dos aparatos semiconductores, un diodo láser y un fotodiodo de sugestión, como se demuestra en la determinación.

La frecuencia (+) está relacionada con el terminal constructivo de la fuente de tensión, mientras que los dos terminales opuestos LDC y PDA están relacionados con el terminal desfavorable que provoca la inclinación del diodo láser delantero y del fotodiodo inverso.

El diodo láser está relacionado con un transistor (conductor de corriente) para gestionar el movimiento de la corriente mediante las sugerencias del fotodiodo, que está relacionado con el fondo del transistor mediante un regulador.

El fotodiodo funciona de forma óptica, lo que convierte en regalos una fracción de los haces de diodos láser que viajan hacia atrás y proporciona las señales a través de un regulador de corriente.

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Edificio

Un diodo láser suele estar formado por tres capas semiconductoras de tipo P, tipo N y una capa intrínseca para iluminar una construcción PIN.

Los materiales semiconductores utilizados son el arseniuro de galio GaAs con impurezas trivalentes y pentavalentes (que recuerdan al selenio y al aluminio) añadidas a los semiconductores tipo P y tipo N, respectivamente. Mientras que la capa intrínseca de arseniuro de galio (pura) es la capa de arseniuro de galio GaAs. Este tipo de láser se conoce como diodo láser de homojunción porque utiliza materiales idénticos.

La capa intrínseca se encuentra entre la capa de tipo P y la capa de tipo N. Las placas metálicas están relacionadas con la capa de tipo P y la capa de tipo N para separar los ánodos terminal (+) y catódico (-) respectivamente. La luz solar o los fotones se producen dentro de la capa intrínseca conocida como capa de energía.

La capa intrínseca aumentará la anchura de la unión PN para ampliar el rango de recombinación electrón-hueco y así extender la edad de los fotones. La zona energética se cubre con materiales semirreflectantes para recoger todos los fotones y redirigirlos en un solo curso.

Además, hay una lente que enfoca el sol de forma mucho más directa en un único punto de un haz de alta potencia. Toda la construcción está cubierta por una carcasa de acero con una única abertura para una emisión suave.

Precepto de trabajo del diodo láser

El diodo láser tiene el mismo precepto de funcionamiento que los LED. Funciona realmente con el precepto de la Electro-Luminancia. En el que una tela emite fotones (suaves) cuando la atraviesa {una corriente eléctrica}.

Sin embargo, hay materiales semiconductores específicos que presentan propiedades como GaAs, GaAsP, etc. El silicio y el germanio no pueden emitir calor suave, aunque sí calor. Se puede definir utilizando los diagramas de banda de potencia.

Como todos sabemos, los fotones se generan cuando los electrones y los huecos se recombinan. Sin embargo, al principio, los electrones están seguros en su banda de valencia hasta que reciben energía de una fuente exterior y suben a una banda de energía mejor (banda de conducción).

Los electrones salen por detrás de una zona conocida como hueco. Los electrones dentro de la banda de conducción son inestables y pueden transferirse a una banda de potencia decreciente para recombinarse con el hueco, pero además liberan una potencia igual a la caída de potencia entre la banda de valencia y la banda de conducción.

Según el concepto de banda de potencia de los sólidos, sólo los materiales que tienen agujero de banda directo liberarán potencia dentro del tipo de fotón o suave, mientras que el agujero de banda oblicuo sólo emitirá calor.

Agujero de la banda directa

En un semiconductor de este tipo, la banda de valencia y la banda de conducción están directamente encima de la otra, junto a un gráfico de pulso y potencia "ok". Lanzan energía en el tipo de calor que es igual al agujero de energía entre ellos.

Ejemplos de estas fuentes semiconductoras son el arseniuro de galio de aluminio (AlGaAs), el fosfuro de arseniuro de galio (GaAsP), el fosfuro de galio de aluminio (AlGaP), el nitruro de galio de indio (InGaN) y el seleniuro de zinc (ZnSe), etc.

Agujero de la banda oblicua

En un semiconductor de este tipo, la banda de valencia y la banda de conducción están desalineadas, como se demuestra en la determinación. Por lo tanto, sólo lanzan energía en forma de calor. Ejemplos de estos suministros son el silicio, el germanio, etc.

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Modos de funcionamiento

El diodo láser funciona produciendo una fuente de energía coherente y suave a partir de una fuente de energía externa. Sus átomos semiconductores se excitan para lanzar fotones de la misma longitud de onda. El método para producir un haz coherente de alta intensidad puede mencionarse de forma sencilla a través de los tres pasos siguientes.

1. Absorción de vitalidad

El diodo láser está hecho de una construcción de unión PN que presenta electrones y huecos. Los electrones residen inicialmente en la banda de valencia. Cuando absorbe suficiente energía, salta a una banda de potencia mejor conocida como banda de conducción. Mientras que los agujeros son las zonas vacías que deja el electrón dentro de la banda de valencia.

Los electrones absorben energía de una fuente externa y ascienden a una banda de conducción de mayor energía, formando electrones y huecos. Los electrones y los huecos no se recombinan durante un periodo de tiempo realmente rápido, conocido como "tiempo de recombinación". Este es el primer paso dentro de los medios de la era láser.

2. Emisiones espontáneas

El segundo paso es la emisión espontánea. Los electrones de la banda de potencia aumentada (banda de conducción) son inestables y pueden pasar directamente a la banda de potencia disminuida (banda de valencia) para recombinarse con los huecos. A lo largo de la recombinación, debe emitir una potencia igual a la distinción entre las bandas de potencia dentro del tipo de fotón. De este modo, se genera una energía suave.

Estos dos pasos se utilizan en los LED para generar suavidad. Mientras que en el diodo láser, hay un tercer paso que define básicamente el diodo láser.

3. Emisiones estimuladas

Este es el tercer y restante paso. Los fotones generados durante la emisión espontánea no tienen suficiente potencia para encender un haz de alta intensidad.

Posteriormente, se coloca {parcialmente} el espejo reflector a cada lado del diodo para atraer los fotones emitidos por emisión espontánea. Los fotones pueden atravesar el espejo cuando tienen suficiente energía.

Los fotones atrapados atacan a los electrones ya excitados antes de la recombinación. Los electrones ya excitados adquieren energía adicional que lanzan tras la recombinación en forma de fotones adicionales. Los fotones se juntan en parte con el fotón incidente, produciendo una imagen suave y coherente.

Posteriormente, los fotones se amplifican y obtienen la potencia suficiente para atravesar el espejo en forma de un haz de alta intensidad.

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Tipos de diodos láser

A continuación se presentan varios tipos de diodos láser.

Diodo láser de doble estructura Heteroeléctrica

La frase "Hetero" significa "completamente diferente". Este diodo láser tiene su capa central intrínseca de varios materiales y está intercalada entre la capa de tipo P y la capa de tipo N de los mismos materiales. Posteriormente, varía dos uniones (Heterouniones) a cada lado, de ahí el título de láser de doble heteroestructura.

La ventaja de la doble heteroestructura es que la capa del área de energía intrínseca se vuelve muy delgada, lo que proporciona una capa extra amplificada y suavemente centrada de excesiva profundidad.

Diodo láser Quantum Nicely

En un diodo láser agradablemente cuántico, la capa intrínseca o área de energía es tan delgada que proporciona una mejora para el confinamiento cuántico. Como la longitud de onda de las radiaciones emitidas depende de la anchura del área de energía, su área de energía más fina genera una longitud de onda más corta que la de un diodo láser tradicional.

Las variedades de capas centrales delgadas tienen rangos de potencia discretos para disminuir la distinción de potencia entre la banda de potencia conocida como pozo cuántico. El electrón aprovecha muy bien este quantum para recombinarse simplemente con los agujeros y cruzar realmente la restricción del borde. Así, el quantum tenía una eficacia mayor que el típico diodo láser.

Diodo láser de estructura de confinamiento separada

Un diodo láser cuántico no puede confinar adecuadamente los fotones emitidos. Posteriormente, dentro del diodo láser de la heteroestructura, se añaden capas adicionales con índice de refracción decreciente para restringir el resplandor del sol con mayor éxito. Cada capa alrededor de la zona energética actúa como una guía de ondas. Como consecuencia de una serie de colocaciones de fotones, se consigue una adquisición óptica excesiva.

Diodo láser de emisión de cavidad vertical

Este diodo láser tiene su cavidad óptica trazada a lo largo del eje del presente movimiento. Diferentes diodos láser tienen su cavidad óptica colocada perpendicularmente al movimiento del presente

El rayo láser se emite desde el piso más alto en sustitución de la emisión del aguijón, como en un láser emisor de borde. La ventaja del diodo VCSEL está en su fabricación. El diodo láser tradicional no puede examinarse hasta que se escindan y examinen los láseres de una persona concreta. Mientras que en el VCSEL, se puede examinar en todas las fases de fabricación. Así, además de materiales, ahorras tiempo de fabricación.

Características del diodo láser

Un diodo láser tiene las siguientes características

Monocromo: el diodo láser es monocromático y suave. Monocromático implica que el rayo de sol consiste en una longitud de onda extremadamente intensificada o una sombra centrada en un pequeño punto.

Coherente: tiene una delicadeza coherente. Coherente implica que los fotones o radiaciones emitidos están en fase (tienen la misma parte) entre sí. Posteriormente, las radiaciones se amplifican entre sí para formar un haz de alta intensidad.

Bien orientado: El haz del diodo láser está bien dirigido en una sola trayectoria. Su propia construcción actúa como una guía de ondas para dirigir los fotones. Además, hay una lente que enfoca y dirige los fotones de forma mucho más directa hacia un único punto.

Curva de características de los diodos láser P-I

La curva P-I del diodo láser muestra la relación entre la energía de salida del láser y el flujo presente a través de él. El eje x representa el presente mientras que el eje y representa la energía de salida, como se demuestra en el gráfico.

Un diodo láser tiene un umbral para el gif equipado. No funciona hasta que el presente supera el borde. Por debajo del umbral de borde, el diodo láser no emite suavemente, pero sólo por emisión espontánea. Al sobrepasar el borde, comienza la emisión estimulada, y la energía óptica aumentará exponencialmente dando lugar a un haz de alta intensidad.

Atributo V-I de los diodos láser

La curva de rasgos VI muestra la conexión entre la tensión a través del diodo láser y la corriente que fluye a través de él.

Un diodo láser es básicamente un diodo de unión PN con una caída de tensión de unión conocida como tensión de salida. Sin embargo, es más grande que un diodo tradicional.

La mayoría de los diodos láser tienen una tensión de 1,5v en la parte delantera. El diodo láser no conduce el presente hasta que la tensión alcanza la tensión de avance, tras lo cual el presente aumentará exponencialmente. La temperatura influye negativamente en la tensión de avance del diodo láser.

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Ventajas y desventajas de los diodos láser

Beneficios

A continuación se enumeran algunas ventajas de los diodos láser

• Tiene un bajo consumo de energía
• Tiene una eficacia y fiabilidad muy excesivas.
• Tiene una vida útil prolongada.
• Es barato y más sencillo de fabricar.
• Es de pequeño tamaño y ligero, con un diseño compacto

Desventajas

A continuación se enumeran algunas desventajas de los diodos láser

• La temperatura tiene un impacto negativo en su funcionamiento y es muy dependiente de ella.
• Requiere un sistema de refrigeración para mantener la temperatura alta.
• No parecen ser adecuados para funciones de alta potencia.
• Requieren circuitos conductores de corriente para accionar láseres masivos.
• Son caros en comparación con los LED.
• Su haz de luz de alta intensidad es peligroso para los ojos.

Propósitos

El diodo láser, debido a su excesiva profundidad y suave centrado, puede recorrer enormes distancias y utilizarse en diversas funciones.

• Se utiliza en nuestra electrónica cotidiana, como los reproductores de CD/DVD, las impresoras y escáneres láser, los lectores de códigos de barras, la comunicación por fibra óptica, etc.
• Tiene muchas funciones médicas, como el diagnóstico por láser, los procedimientos terapéuticos y quirúrgicos, la odontología y la belleza. Se utiliza para eliminar el tejido no deseado (la mayoría de las células cancerosas)
• El rayo láser de energía excesiva puede utilizarse en funciones industriales como el corte exacto de acero, la perforación, el grabado, la soldadura, la limpieza de superficies de acero, la medición de dimensiones, etc.
• También se utiliza en instrumentación en algunos dispositivos muy útiles, como el taquímetro utilizado para la medición de las RPM sin contacto, el espectrómetro, el localizador de crujidos, la detección de objetos pequeños
• El LIDAR (Mild Detection and Ranging) utiliza pulsos láser para buscar la distancia circundante y hacer un maniquí en 3D que puede ser aprendido por sistemas informáticos como los automóviles autónomos.

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