Kāpēc lāzerdiodēm ir četras efektivitātes?

Lāzerdiodēm ir liela nozīme spēka elektronikas nozarē, jo īpaši signālu pārraides jomā, pateicoties to izcilajai monohromatitātei, augstajai efektivitātei un ātrajām pārslēgšanas īpašībām.
Lāzerdiodes darbības princips
Lāzera diodes izstaro gaismu, kuras pamatā ir stimulēts starojums, kas spēj izstarot maza diametra, ļoti orientētu un ļoti koherentu gaismu. 1962. gadā zinātnieki Roberts N. Hols un Niks Holonjaks jaunākais veiksmīgi izgudroja lāzerdiodi. Pateicoties strāvas "injekcijai" aktīvajā reģionā, šīs ierīces ir sasniegušas "lāzera" apstākļus un veiksmīgi izstarotas fotonus. Atšķirība starp lāzera diodes simbolu attēlojumu un parastajām PN savienojuma diodēm ir tāda, ka tajā ir neleģēts raksturīgs aktīvs apgabals.
Lāzerdiodes uzbūve un darbības princips
Lāzerdiodes darbības princips ir atkarīgs no tās iekšējās PIN struktūras – ar P-tipa un N-tipa pusvadītājiem abos galos un neleģētu iekšējo pusvadītāju vidū. Kad tiek izmantota novirze uz priekšu, elektroni un caurumi tiek ievadīti aktīvajā reģionā, un elektroni pārlec no vadošās joslas uz valences joslu un rekombinējas ar caurumiem, atbrīvojot fotonus.
Šis process ietver trīs starojuma mehānismus: absorbciju, spontānu emisiju un stimulētu emisiju. Spontānā emisija ir gaismas emisija, ko rada dabiska rekombinācija, savukārt stimulēta emisija rodas, kad elektroni fotonu iedarbībā pāriet no augstāka enerģijas līmeņa uz zemāku enerģijas līmeni. Katrs krītošais fotons var inducēt divus fotonus ar vienādu fāzi un viļņa garumu.

Lāzera diožu pielietojums
Lāzera diodes plaši izmanto jaudas elektronikas jomā. Tam ir neaizstājama loma optoelektroniskajās ainās, piemēram, lāzerdrukā, optisko disku lasīšanā un rakstīšanā, optisko šķiedru komunikācijā un automatizētos sensoros. Turklāt tiem ir galvenā loma pusvadītāju ražošanas tehnoloģijās, piemēram, jaudas ierīču kontrolē (piemēram, IGBT un MOSFET draiveru ķēdēs), EDS un bezmasku litogrāfijā.
Priekšrocības un trūkumi
Lāzera diodes piedāvā plašu izvēli viļņu garuma diapazonā no 810 līdz 1064 nanometriem, vienlaikus tām ir vairākas priekšrocības, piemēram, ātra reakcija un augsta kvantu efektivitāte. Lai gan lāzerdiodēm ir ierobežojumi, piemēram, jutība pret temperatūru un gaismas atgriezeniskā saite, joslas atstarpes saraušanās ar lielu pastiprinājuma strāvu un augstākas izmaksas, salīdzinot ar gaismas diodēm, to kopējā veiktspēja padara tās ievērojami pārākas par gaismas diodēm augstas precizitātes lietojumos.
Atšķirība starp lāzera diodēm un gaismas diodēm
Atšķirībā no gaismas diodēm, kas balstās uz spontānu emisiju, lāzerdiodes izraisa stimulētu emisiju caur strāvu un spriegumu, radot vienmērīgu un saskaņotu gaismas atdevi. Ar lāzerdiožu palīdzību ir panākti smalkas vadības optiskie pielietojumi, savukārt LED ir piemērotas vispārējam apgaismojumam un indikatoru ierīcēm.
Padziļināti analizējot lāzerdiožu tehnoloģiju, redzams, ka tās loma mūsdienu spēka elektronikā un sakaru jomā kļūst arvien svarīgāka. Lai gan lāzerdiožu izmaksas ir salīdzinoši augstas, to veiktspējas priekšrocības ir acīmredzamas augstas klases precizitātes lietojumos, un ir sagaidāms, ka tām arī turpmāk būs milzīgs potenciāls nākotnes optoelektronikas nozarē.