¿Qué es un láser de diodo y cómo funciona?

El diodo láser se utiliza actualmente en muchos ámbitos de la electrónica.

Los diodos láser están debidamente establecidos y son una técnica económica y fiable para crear láseres blandos. Generalmente se conocen como láseres semiconductores (también conocidos como láseres de diodo o láseres de inyección)

Como los diodos láser se prestan a ser utilizados en muchas áreas de la electrónica, desde el CD, el DVD y diferentes tipos de almacenamiento de información hasta los hiperenlaces de telecomunicaciones, el conocimiento de los diodos láser ofrece una técnica muy útil para crear el coherente y suave.

En este artículo obtendrás detalles sobre los tipos de encapsulado, sus propósitos, cómo funciona el diodo láser y algunas especificaciones de los diodos láser.

¿Qué es un diodo láser?

A diodo láser es una máquina láser de semiconductores muy comparable en cada tipo y rendimiento a un diodo emisor de luz (LED).

El período de tiempo del láser se originó como un acrónimo Light Amplificación por Stimulada Emisión de Radiación (En inglés: Gentle Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Así, un láser es una herramienta que emite suavemente mediante una técnica de amplificación óptica basada principalmente en la emisión estimulada de radiación electromagnética.

El diodo láser es eléctricamente igual a un diodo PIN. Un diodo PIN es un diodo con una gran área semiconductora intrínseca no obstruida, intercalada entre un semiconductor de tipo p y un semiconductor de tipo n. Cada una de las áreas de tipo p y de tipo n suele estar estrechamente dopada.

diodo de pines
Ilustración de un diodo de espiga.

La «zona viva» del diodo láser está dentro de la zona i (intrínseca). Los electrones y los huecos (es decir, los portadores) se bombean a la región i desde las regiones n y p, respectivamente. La siguiente imagen muestra un diodo láser con un embalaje mínimo. El chip preciso del diodo láser es el pequeño chip negro en el aspecto de entrada; en el aspecto de salida se utiliza un fotodiodo para gestionar la energía de salida.

diodo láser de corte
Un diodo láser recortado.

Los diodos láser, en comparación con los LED, tienen muchas veces una respuesta más rápida y pueden enfocar su radiación en un espacio tan pequeño como 1µm de diámetro.

Imagen del diodo láser

La imagen del diodo láser utilizada en los esquemas de los circuitos suele ser idéntica a la de los diodos emisores suaves.

símbolo de diodo láser
Imagen del circuito de diodos láser

Cuando se utilizan en un circuito, a veces se denominan diodos láser para diferenciarlos de los distintos tipos de diodos emisores de luz.

Tipos de paquetes

Los diodos láser se pueden encontrar en varios tipos de envases. A continuación, se demuestran algunos ejemplos:

Envase de diodo láser TO5 (9 mm)
Haz de diodos láser TO5 (9 mm)
Diodo láser TO3
Envase de diodo láser TO3
Paquete de diodos láser de montaje en C
Paquete de diodos láser de montaje en C
Paquete de carga de alta temperatura
Embalaje de la carga a temperatura excesiva

Construcción de láseres de diodo

La determinación que se expone a continuación revela el desarrollo esencial de un diodo láser:

construcción de diodos láser

Se forma dopando aluminio o silicio a los materiales de arseniuro de galio para generar una capa de tipo n y otra de tipo p. Junto a esto, se coloca otra capa viva de GaAs sin dopar entre las 2 capas.

El grosor de esta capa viva es de un par de nanómetros. El objetivo de intercalar esta capa entre las capas de tipo p y n es ampliar el espacio de mezcla del agujero del electrón. Por tanto, la radiación emitida es alta. La salida del láser se obtiene de la zona viva del diodo láser.

En los diodos láser, el afilado en los dos extremos de la unión se realiza para proporcionar una superficie de espejo. A través de la reflexión de esta tierra, se producen pares adicionales de agujeros de electrones. Como resultado, la máquina produce una radiación adicional.

Suministros de diodos láser y sus longitudes de onda de radiación

El número de suministros de semiconductores permite cubrir amplias áreas espectrales. En concreto, hay varios compuestos semiconductores ternarios y cuaternarios, en los que la potencia de la banda prohibida puede ajustarse sobre una variedad sólo por la pequeña impresión de la composición. Por ejemplo, un material con mayor contenido de aluminio (alto x) en AlxGa1-xAs da lugar a un aumento en la potencia de la banda prohibida y, por tanto, a una longitud de onda de emisión más corta. El cuadro 1 ofrece un resumen de las técnicas de material típicas.

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Materiales de los diodos láser
(área animada / sustrato)
Longitudes de onda de emisiónPropósitos típicos
InGaN / GaN, SiC380, 405, 450, 470 nmaLMACENAMIENTO DE DATOS
AlGaInP / GaAs635, 650, 670 nmpunteros láser, reproductores de DVD
AlGaAs / GaAs720-850 nmReproductores de CD, impresoras láser, láseres de bombeo de estado estable
InGaAs / GaAs900-1100 nmbombeo de EDFAs y diferentes amplificadores de fibra
InGaAsP / InP1.2-2,0 μmcomunicaciones de fibra óptica, detección, espectroscopia
AlGaAsSb / GaSb1.8-3,4 μmprotección, detección, espectroscopia

Fíjate en que hay algunos diodos láser que trabajan en el exterior de las zonas espectrales indicadas en el escritorio. Por ejemplo, los láseres de InGaN también pueden optimizarse para longitudes de onda de emisión más largas, llegando a la zona espectral inexperta, aunque a veces con una eficiencia decreciente. Además, existen, por ejemplo, diodos de sal de plomo para producir sin problemas dentro del infrarrojo medio.

longitud de onda del material del diodo láser

La mayoría de los diodos láser emiten dentro de la zona espectral del infrarrojo cercano, pero otros pueden emitir el infrarrojo visto (sobre todo el púrpura o el azul) o el infrarrojo medio suave.

Funcionamiento del diodo láser

El funcionamiento de un diodo láser implica 3 procesos: absorción, emisión espontánea y emisión estimulada.

Nos permite, en primer lugar, comprender el curso de absorción de…

Absorción

En la absorción, los electrones de los rangos de potencia decreciente saltan a un grado de potencia mejor, es decir, de la banda de valencia a la banda de conducción, cuando los electrones obtienen una fuente de energía externa. Ahora bien, hay huecos dentro del grado de potencia decreciente, es decir, la banda de valencia, y electrones dentro del grado de potencia superior, es decir, la banda de conducción.

absorción de diodos láser

Emisiones espontáneas

Ahora bien, si los electrones dentro del grado de potencia superior son inestables, entonces tenderán a maniobrar hacia el grado de potencia decreciente para conseguir la estabilidad. Pero cuando pasan de un grado de potencia mejor a un grado de potencia menor, sin duda lanzarán potencia, lo que sería la distinción de potencia entre estos dos rangos. La potencia de lanzamiento puede estar dentro del tipo de potencia leve y posteriormente se pueden emitir fotones. Este proceso se denomina emisión espontánea.

emisión espontánea en un diodo láser

Emisión estimulada

En la emisión estimulada, los fotones golpean a los electrones con un mayor grado de potencia y estos fotones se suministran desde una fuente de energía externa suave. Cuando estos fotones chocan con los electrones, éstos alcanzan la potencia y se recombinan con agujeros y lanzan otro fotón. Así, un fotón incidente estimula la descarga de otro fotón. Este curso de emisión estimulada se denomina emisión estimulada.

emisión estimulada en un diodo láser

Características del diodo láser

Curva de atributos del diodo láser

La siguiente determinación revela la curva de atributos de un diodo láser:

curva característica del diodo láser

Aquí, la línea horizontal denota el presente y la línea vertical revela la energía óptica de la luz solar producida. La determinación revela claramente una mejora gradual de la energía hasta que se alcanza un nivel umbral.

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Tras el final de la crisis, se observa una rápida mejora de la energía, incluso para una pequeña mejora en el presente. La capacidad producida por el diodo láser depende además de la temperatura relacionada con la máquina.

Beneficios del láser de diodo

  • Máquina de bajo consumo energético.
  • Económico, ya que su precio de fabricación y funcionamiento es bajo.
  • Puede funcionar durante mucho tiempo.
  • Transportable gracias a su pequeño tamaño y a su estructura interior.
  • Muy fiable y extremadamente respetuoso con el medio ambiente.

Desventajas del diodo láser

  • Son dependientes de la temperatura y, por tanto, su eficacia se ve afectada por el cambio de la temperatura de trabajo.
  • No es adecuado para fines energéticos superiores.

Funciones del diodo láser

Los diodos láser se utilizan en todos los ámbitos de la electrónica, desde los equipos domésticos por motivos comerciales hasta los entornos industriales de alta gama. En todos estos propósitos, los diodos láser están en condiciones de proporcionar una resolución económica, a la vez que son robustos y fiables y proporcionan un grado excesivo de eficiencia.

  • Sistema de comunicación por fibra óptica.
  • Lectores de códigos de barras.
  • Impresión y escaneo por láser.
  • Telémetros.
  • En el ámbito médico, en los dispositivos quirúrgicos.
  • En reproductores de CD y grabadores de DVD.

Estas son algunas de las finalidades más esenciales del diodo láser. Entre todos estos propósitos, el área crucial donde el diodo láser encuentra su utilidad es dentro del comunicación por fibra óptica.

¿cuáles son las aplicaciones del diodo láser?

¿Cuál es la diferencia entre un diodo láser y un diodo LED?

Los diodos láser se caracterizan por tener una única forma de onda con una anchura espectral delgada y extremadamente direccional con una sección transversal uniforme, lo que facilita la gestión de la energía.

  • El rayo de sol producido por el LED y el LÁSER crea además una distinción clave. El rayo de sol emitido por el LED consta de varios colores, mientras que el rayo de sol producido por el LÁSER consta de una sola coloración.
  • El precepto de funcionamiento del LED y del LÁSER creó además variaciones clave. El LED funciona únicamente con el precepto de la electroluminiscencia, es decir, con la iluminación de electrones. En cambio, el láser funciona con el precepto de la emisión estimulada.
  • La distinción clave opuesta entre el LED y el LÁSER es el espacio de unión. El espacio de unión dentro de la caja del LÁSER es extraordinariamente fino, ya que se permite pasar de un espacio especialmente pequeño dentro de la caja del LÁSER. En cambio, dentro del LED, el espacio de unión es más amplio. Debido a este hecho, se permite que la luz vaya desde un gran espacio.
  • El enfoque de los portadores de costes, como los electrones y los huecos, también puede ser totalmente diferente en el LED y el láser. En el caso del láser, el enfoque puede ser muy excesivo, mientras que en el LED es vitalmente bajo. Debido a este hecho, el láser se utiliza en los dispositivos quirúrgicos dentro del campo médico porque tiene suficiente poder para probablemente incluso minimizar el elemento involucrado con él.

La distinción entre un diodo LED y un diodo láser se resume en el siguiente escritorio.

EspecificacionesDiodo LEDDiodo láser
Precepto de funcionamientoElectroluminiscenciaEmisión estimulada
RespuestaRespuesta lentaRespuesta rápida en comparación con el LED
Eficiencia eléctrica a óptica10-20%Hasta un 70%.
Longitud de onda
Anchura del espectro
Más ancho, de 25 a 100 nm
(10 a 50 THz)
Más estrecho, (
CoherenciaEl suave emitido es incoherente, es decir, los fotones están en sección aleatoria entre sí.Tiene un haz coherente con una relación de sección idéntica de los fotones emitidos.
ChromaPolicromático, tiene varias bandas de longitud de ondaMonocromático, tiene una sola longitud de onda de coloración
DireccionalidadNo direccionalExtremadamente direccional
Energía de salidaBaja potencia, la salida es proporcional a la entrada presenteExceso de energía de, de 1 mW a 500 mW, proporcional al presente por encima del umbral
Facilidad de usoMás sencilloMás duro
Seguridad ocularNormalmente están diseñados para proteger los ojosDebe examinarse en los ojos, en particular para la λ
ValorPrecio bajo y posteriormente económico.Razonable a sobrevalorado y posteriormente utilizado para fines particulares.
Vida útilMás tiempoMás tiempo

La distinción general entre ellos es que los láseres son más eficaces y funcionan a mayor velocidad que los LED, e incluso pueden transmitir suavemente más lejos con menos errores. Además, los láseres son mucho más caros que los LED.

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cómo alimentar un diodo láser

Para energizar y activar un diodo láser, necesitaremos los siguientes elementos:

  • Un regulador de tensión LM317: que puede utilizarse como regulador de tensión o como regulador de corriente, en este caso lo utilizaremos como regulador y limitador de corriente.
  • Un condensador electrolítico de 47 microfaradios y 16 voltios: Vamos a utilizarlo como regulador de tensión, además el condensador suprimirá los picos de tensión excesivos que tenemos ahora. El condensador que utilizaremos está calculado para una salida máxima de 250 miliamperios (I=250 mA, V=7,2 V)
  • Una resistencia variable de 100 ohmios
  • Una resistencia de 5 ohmios montada
  • Un diodo 1N4004
  • Un Protoboard

¿qué tensión vamos a aplicar al circuito?

Vamos a alimentar el circuito con 6 voltios o más. El mejor voltaje puede ser alrededor de 7,2 voltios. Puedes pasarte 1 ó 2 voltios sin ningún inconveniente.

Es bastante esencial que el diodo láser esté conectado al circuito antes de aplicarle corriente. Para los que se adhieren al presente antes, el condensador puede cargarse y mientras pones el diodo… plofff, pérdida de vida del diodo láser.

Calcular el mejor regalo para el diodo láser

Probablemente, el método más sencillo para herir el diodo láser es hacer que fluya hacia él más presente de lo que está preparado para afrontar. Cuando la resistencia variable tenga un precio de 0 (girando su «tornillo», en un extremo tendrá un precio de 0 ohmios y en el otro extremo su valor puede ser de 100 ohmios), será la resistencia montada (en el diseño tiene un precio de 5 ohmios) la que pueda decidir el mejor regalo para el diodo láser
el flujo actual para el diodo láser.

Podríamos decir que nos gustaría que valiera un máximo de 250mA, porque así lo aconseja el productor o porque creemos que lo preferimos. Así que tendremos que calcular el valor de la resistencia montada. Lo llamaremos R.

Esta R se calcula siempre igual. Dividimos 1,25 por la corriente máxima que necesita el diodo láser, expresada en amperios. Recuerda que, por ejemplo, 250 mA son 0,250 A.

Así que necesitamos 250 mA, por lo que R=1,25/0,250, R=5 ohmios

Otro ejemplo: nos gustaría tener un máximo de 125 mA para ir. Entonces R=1,25/0,125 R=10 ohmios

cómo conectar un diodo láser

¿quién inventó el diodo láser?

¿A quién tenemos que agradecer ahora esta inverosímil invención? Para .. Dr. Robert N. Corridorde Basic Electric, que presentó su patente para el concepto («Unidades semiconductoras de emisión estimulada») el 24 de octubre de 1962 (concedida como patente estadounidense nº 3.245.002 el 5 de abril de 1966).

Este es probablemente uno de los dibujos de esa patente, que muestra la asociación esencial de los elementos descritos anteriormente. La numeración es exclusiva del Corredor, pero he añadido el colorido y las descripciones simplificadas para que sea más fácil de observar:

diodo láser robert hall
  1. Un típico diodo láser semiconductor P-N.
  2. Zona de tipo P (azul).
  3. Área tipo N (púrpura).
  4. Zona de unión P-N (cavidad resonante) el lugar se produce por emisión estimulada. Esto no está dibujado a escala. En la patente única de Corridor, se describe como de 0,1 micras (0,1 millonésimas de metro, 0,1μm, o 1000 Angstroms) de espesor.
  5. Electrodo superior.
  6. Suelda la conexión del electrodo superior con la zona de tipo p.
  7. Disminuye el electrodo.
  8. Disminuye la soldadura del electrodo para la zona de tipo n. (Esto cubre toda la base de la zona de tipo n, no sólo el contorno exterior gris que se muestra aquí).
  9. Conector del electrodo superior.
  10. Disminuye el conector del electrodo.
  11. Suelo de la entrada extremadamente pulido.
  12. Piso trasero extremadamente pulido, que debe ser exactamente paralelo al piso de entrada para garantizar que las ondas de radiación electromagnética (láser suave) se produzcan y emitan con éxito dentro de la cavidad resonante entre las zonas de tipo p y tipo n. Las superficies 11 y 12 también pueden estar revestidas con espejos o un revestimiento metálico para reforzar el impacto resonante.
  13. El suelo de la faceta se minimiza en un ángulo para evitar la formación de ondas solares en diferentes instrucciones.
  14. Otro suelo facetado se minimiza en un ángulo análogo o se desbasta en un método análogo.
Javired
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