Laserdioden (LD) sind eine Art Lasergenerator, deren Arbeitsmaterial Halbleiter ist und bei dem es sich um Festkörperlaser handelt. Die meisten Laserdioden ähneln im Aufbau allgemeinen Dioden. Da die Laserdiode funktioniert, umfasst der Energieumwandlungsprozess von Elektronen nur zwei Energieniveaus und es gibt keinen Energieverlust durch die indirekte Bandlücke, sodass die Effizienz relativ hoch ist.
Der technologische Fortschritt hat es Lasern ermöglicht, als professionelle technische Instrumente in vielfältige Märkte vorzudringen. Laserdioden sind die am weitesten verbreitete Lasertechnologie und einfache Halbleiterbauelemente. In den letzten 30 Jahren ist die durchschnittliche Leistung der Laserdiodenindustrie erheblich gestiegen, während der Durchschnittspreis pro Watt exponentiell gesunken ist. Dadurch ersetzen Laserdioden einige bestehende Laser- und Nicht-Laser-Technologien und ermöglichen gleichzeitig die Möglichkeit neuer optischer Technologien. Zu den etablierten Anwendungsgebieten für Laserdioden zählen die Datenspeicherung, die Datenkommunikation und das optische Pumpen von Festkörperlasern. Im Gegensatz dazu veranschaulichen die Materialverarbeitung und die optische Sensorik die rasante Entwicklung von Marktsegmenten mit vielen neuen Anwendungen.
Zu den Laserdioden gehören Single-Heterojunction- (SH), Double-Heterojunction- (DH) und Quantum-Well-Laserdioden (QW). Quantenlaserdioden bieten die Vorteile eines niedrigen Schwellenstroms und einer hohen Ausgangsleistung und sind gängige Produkte auf dem Markt. Im Vergleich zu Laserdioden haben Laserdioden die Vorteile eines hohen Wirkungsgrads, einer geringen Größe und einer langen Lebensdauer. Allerdings ist ihre Ausgangsleistung gering, ihre Linearität schlecht und ihre Monochromatizität nicht sehr gut, was ihre Anwendung in Kabelfernsehsystemen stark einschränkt. Mehrkanalige Hochleistungs-Analogsignale können nicht übertragen werden. Im Backhaul-Modul eines bidirektionalen optischen Empfängers werden im Allgemeinen Quantentopf-Laserdioden als Lichtquellen für die Uplink-Übertragung verwendet.
Ein einzelner Laseremitter kann eine Leistung im Bereich von Milliwatt bis zu mehreren Watt liefern. Jeder Laseremitter kann einzeln verwendet, zu einem Laserdiodenstreifen zum optischen Pumpen von Festkörperlasern kombiniert oder in ein Laserdiodenmodul integriert werden. Gruppe, um verschiedene Anwendungsanforderungen zu erfüllen.
Laserdioden sind Halbleiterlaserkomponenten, die häufig in der Glasfaserkommunikation, medizinischen Behandlung, Anzeige und Radarerkennung eingesetzt werden. Es verfügt über eine einfache Struktur, ausgereifte Technologie, hohe Qualität und einen niedrigen Preis und wird häufig in der industriellen Produktion und wissenschaftlichen Forschung eingesetzt.
Die Struktur der Laserdiode besteht hauptsächlich aus fünf Teilen: P-Typ-Bereich, N-Typ-Bereich, P-Typ-Reflexionsbereich, N-Typ-Reflexionsbereich und Laserhohlraum. Unter diesen bilden der P-Typ-Bereich und der N-Typ-Bereich einen PN-Übergang, und der Reflexionsbereich und der Laserhohlraum sind optische Strukturen.
Der P-Typ-Bereich und der N-Typ-Bereich gehören zur Hauptfunktion der Laserdiode und sind auch die bestimmenden Faktoren für die Lumineszenz der Laserdiode. Die P-Typ-Region führt Positronen in die N-Typ-Region ein, und die N-Typ-Region führt Elektronen in die P-Typ-Region ein. Nachdem der PN-Übergang erzeugt wurde, vereinigen sich die Positronen und Elektronen im PN-Übergang, um Photonen auszusenden und so Lumineszenz zu erreichen. Um eine schnelle Lumineszenz zu erreichen, sollten die P-Typ-Region und die N-Typ-Region über hochwertige Materialien und eine anspruchsvolle Verarbeitungstechnologie verfügen.
Die Hauptfunktion des P-Typ-Reflexionsbereichs und des N-Typ-Reflexionsbereichs besteht darin, den Laser so zu reflektieren, dass der Laser im Laserhohlraum ein Stehwellenverhältnis erzeugt. Bei Laserdioden ist das Reflexionsvermögen des P-Typ-Reflexionsbereichs und des N-Typ-Reflexionsbereichs unterschiedlich. Im Allgemeinen ist das Reflexionsvermögen des Reflexionsbereichs vom P-Typ sehr niedrig und das Reflexionsvermögen des Reflexionsbereichs vom N-Typ sehr hoch. Ein solches Design kann dafür sorgen, dass der Laser vollständig im Laserhohlraum reflektiert und diffundiert wird, um eine relativ stabile Singlemode-Faserlaseremission zu erreichen.
Der Laserhohlraum ist der wichtigste optische Teil der Laserdiode und seine Hauptfunktion besteht darin, einen optischen Rückkopplungsverstärkungseffekt bereitzustellen. Der Laserhohlraum besteht im Allgemeinen aus Reflektoren, von denen einer ein Halbreflektor und der andere ein Hochreflektor ist. Der zwischen diesen beiden Reflektoren gebildete optische Hohlraum kann die kontinuierliche Reflexion von Lichtquanten im Laserhohlraum realisieren und so den Verstärkungseffekt des Lasers verstärken. Durch Anpassen des Reflexionsvermögens des Reflektors und der Länge des Laserhohlraums kann eine Laseremission unterschiedlicher Lichtwellenlängen und Ausgangsleistungen erreicht werden.
Zusätzlich zu den oben genannten Strukturmerkmalen umfasst die Laserdiode auch mehrere Hilfsstrukturen wie Elektroden, Substrate, Fenster usw. Diese Struktur ist nicht der Kernbestandteil der Laserdiode, aber sie ist auch wichtig für die Leistung und Zuverlässigkeit von Die Laserdiode.
Die Laserdiode hat eine kompakte Struktur, aber jeder Teil davon spielt eine entscheidende Rolle. Nur wenn alle Teile koordiniert arbeiten, kann eine schnelle und relativ stabile Laseremission erreicht werden. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie wird auch die Struktur von Laserdioden ständig verbessert und perfektioniert, wodurch ein breiteres Anwendungsspektrum besser unterstützt wird.
Infrarotlaser werden im Allgemeinen zur Entfernungsmessung, Beleuchtungsausrüstung, Kommunikation, simulierten Waffen usw. verwendet. Der Kern des Lasers ist zweifellos die Laserdiode, und die Leistung der Laserdiode bestimmt die Größe der Impulsleistung.
Auch die Laserdiode hat den Aufbau einer gewöhnlichen Diode, nämlich den N-Bereich, den PN-Übergang und den P-Bereich. Wenn eine Durchlassspannung an die Diode angelegt wird, wird die Barriere des PN-Übergangs geschwächt, wodurch Elektronen aus dem N-Bereich durch den PN-Übergang in den P-Bereich und Löcher aus dem P-Bereich durch den PN-Übergang hinein injiziert werden die N-Region. Diese unausgeglichenen Elektronen und Löcher, die in der Nähe des PN-Übergangs injiziert werden, rekombinieren und emittieren dadurch Photonen.
Im Gegensatz zur „Fokussierung“ von Lasern sind diese energiereichen Photonen jedoch in Zeit und Richtung zufällig. Wie das Sprichwort sagt: Einheit ist Stärke. Damit sich Photonen „vereinigen“ und kohärentes Licht mit konsistenter Richtung und Phase erzeugen, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein: 1. Genügend Elektronen 2. Konsistente Richtung.
Wenn also eine Laserdiode einen Laser emittieren muss, muss sie durch einen gepulsten großen Strom angeregt werden und es muss eine optische Resonanzhohlraumstruktur vorhanden sein, um sicherzustellen, dass die Elektronen eine konsistente Richtung haben. Das ist das einfache Prinzip einer Laserdiode.
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