Diodo a Laser: Princípios Básicos
um resumo ou tutorial sobre a tecnologia de diodo laser detalhando a operação, estrutura do chip, materiais e operação de diodos laser
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Diodo Laser Inclui:
Noções básicas de diodo laser | Tipos de diodo laser | Estrutura | Como funciona um diodo laser | Especificações | Confiabilidade
Tutorial de Diodo Inclui:
Tipos de diodos | Especificações e classificações de diodos
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A tecnologia de diodo laser semicondutor está em uso generalizado hoje em muitas áreas da indústria eletrônica.
A tecnologia de diodo laser está agora bem estabelecida, com diodos laser fornecendo um meio econômico e confiável de desenvolver luz laser.
Com os diodos de laser se prestando ao uso em muitas áreas da eletrônica, desde CD, DVD e outras formas de armazenamento de dados até links de telecomunicações, a tecnologia de diodo de laser oferece um meio muito conveniente de desenvolver luz coerente.
Visão geral do diodo laser
Os diodos laser são usados em todas as áreas da eletrônica, desde equipamentos domésticos, passando por aplicações comerciais até ambientes industriais de hash. Em todas essas aplicações, os diodos laser são capazes de fornecer uma solução econômica, ao mesmo tempo em que são robustos e confiáveis e oferecem um alto nível de desempenho.
A tecnologia de diodo laser tem várias vantagens:
- Capacidade de energia: os diodos laser são capazes de fornecer níveis de energia de alguns miliwatts até algumas centenas de watts.
- Eficiência: Os níveis de eficiência do diodo laser podem exceder 30%, tornando os diodos laser um método particularmente eficiente de geração de luz coerente.
- Luz coerente: A própria natureza de um laser é que ele gera luz coerente. Isso pode ser focado em um ponto limitado de difração para aplicações de armazenamento óptico de alta densidade.
- Construção robusta: os diodos de laser são completamente em estado sólido e não requerem elementos de vidro frágeis ou procedimentos de configuração críticos. Assim, eles são capazes de operar em condições adversas.
- Compacto: os diodos laser podem ser bastante pequenos, permitindo que a tecnologia de diodo laser forneça uma solução muito compacta.
- Variedade de comprimentos de onda: Usando a tecnologia mais recente e uma variedade de materiais, a tecnologia de diodo laser é capaz de gerar luz em um amplo espectro. O uso de luz azul com um comprimento de onda curto permite um foco mais preciso da imagem para armazenamento de maior densidade.
- Modulação: É fácil modular um diodo laser, e isso torna a tecnologia de diodo laser ideal para muitas aplicações de comunicações de alta taxa de dados. A modulação é obtida modulando diretamente a corrente de acionamento para o diodo laser. Isso permite que frequências de até vários GHz sejam alcançadas para aplicações como comunicações de dados de alta velocidade.
Fundo de diodo laser
O nome laser vem das palavras Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Os lasers operam por causa de um fenômeno chamado emissão estimulada que foi postulado pela primeira vez por Albert Einstein antes de 1920. Embora vários meios, incluindo gases, líquidos e sólidos amorfos, possam ser usados para lasers, os primeiros foram realizados na década de 1960 usando rubis. Um laser de gás hélio-neônio seguiu em 1961, mas não foi até 1970 que os diodos laser semicondutores foram feitos para funcionar à temperatura ambiente por Hayashi. Isso representou a etapa final no trabalho de pesquisa que foi realizado por várias pessoas e organizações ao longo dos anos. Exigiu um estudo aprofundado das propriedades do arsenieto de gálio, o material que é usado como base para muitos diodos laser e muito trabalho nas propriedades das estruturas dos diodos.
símbolo de diodo laser
o símbolo do diodo laser usado para diagramas de circuito é geralmente o mesmo usado para diodos emissores de luz. Este símbolo de circuito de diodo laser usa o símbolo básico de diodo semicondutor com setas indicando a geração e emanação de luz.
Quando usados dentro de um circuito, eles são frequentemente denotados como sendo um diodo laser para distingui-los de outras formas de diodo emissor de luz.
Noções básicas de diodo laser
Existem dois tipos principais de diodos laser semicondutores. Eles operam de maneiras bastante diferentes, embora muitos dos conceitos usados dentro deles sejam muito semelhantes.
- Diodo laser de injeção: O diodo laser de injeção, ILD, tem muitos fatores em comum com os diodos emissores de luz. Eles são fabricados usando processos muito semelhantes. A principal diferença é que os diodos laser são fabricados com um canal longo e estreito com extremidades reflexivas. Isso funciona como um guia de ondas para a luz.
Em operação, a corrente flui através da junção PN e a luz é gerada usando o mesmo processo que gera luz em um diodo emissor de luz. No entanto, a luz está confinada dentro do guia de onda formado no próprio diodo. Aqui a luz é refletida e depois amplificada antes de sair por uma extremidade do diodo laser. - Laser semicondutor bombeado opticamente: Laser semicondutor bombeado opticamente, o OPSL usa um chip semicondutor III-V como base. Este atua como um meio de ganho óptico e outro laser, que pode ser um ILD, é usado como fonte de bombeamento. A abordagem OPSL oferece várias vantagens, particularmente na seleção do comprimento de onda e na ausência de interferência das estruturas internas do eletrodo.
Uma explicação mais completa da teoria e operação do diodo laser pode ser encontrada em outra página deste tutorial.
O diodo laser está agora bem estabelecido e usado em uma ampla variedade de aplicações. Embora não sejam tão baratos quanto muitas outras formas de diodo, os diodos de laser ainda são produzidos em grandes quantidades e a um custo relativamente baixo, como demonstrado pelo fato de que os diodos de laser são usados até mesmo nos lápis de luz usados para ilustrar apresentações de slides em retroprojetores. No outro extremo do mercado, diodos laser para uso em sistemas de comunicação óptica têm mostrado taxas de dados superiores a 20 Gbits por segundo. Com níveis de desempenho nesta região, eles estão sendo usados cada vez mais em muitas aplicações de comunicação.
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