Teoria e Operação do Diodo Laser
um resumo da teoria do diodo laser e a operação dos diodos laser detalhando como a luz do laser é gerada dentro do semicondutor.
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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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Os diodos laser e os diodos emissores de luz têm vários elementos em comum com relação à sua teoria de operação. No entanto, a teoria de operação do diodo laser incorpora mais elementos, incorporando processos adicionais para fornecer a luz coerente que produz.
Embora existam muitas formas diferentes de diodo laser, a base da teoria de operação do diodo laser é muito semelhante – os preceitos básicos permanecem os mesmos, embora haja várias pequenas diferenças na maneira como são implementados.
Princípios básicos da teoria do diodo laser
Existem três processos principais em semicondutores associados à luz:
- Absorção de luz: a absorção ocorre quando a luz entra em um semicondutor e sua energia é transferida para o semicondutor para gerar elétrons e buracos livres adicionais. Este efeito é amplamente utilizado e permite que dispositivos como fotodetectores e células solares operem.
- Emissão espontânea: O segundo efeito conhecido como emissão espontânea ocorre em LEDs. A luz produzida dessa maneira é chamada de incoerente. Em outras palavras, a frequência e a fase são aleatórias, embora a luz esteja situada em uma determinada parte do espectro.
- Emissão estimulada: A emissão estimulada é diferente. Um fóton de luz entrando na rede semicondutora atingirá um elétron e liberará energia na forma de outro fóton de luz. A maneira como isso ocorre libera esse novo fóton de comprimento de onda e fase idênticos. Desta forma, a luz gerada é considerada coerente.
A chave para a operação do diodo laser ocorre na junção das regiões do tipo p e n altamente dopadas. Em uma junção pn normal, a corrente flui através da junção pn. Essa ação pode ocorrer porque as lacunas da região do tipo p e os elétrons da região do tipo n se combinam. Com uma onda eletromagnética (neste caso, a luz) passando pela junção do diodo laser, verifica-se que ocorre o processo de fotoemissão. Aqui os fótons liberam mais fótons de luz quando atingem elétrons durante a recombinação de buracos e ocorre elétrons.
Naturalmente há alguma absorção da luz, resultando na geração de lacunas e elétrons, mas há um ganho geral de nível.
A estrutura do diodo laser cria uma cavidade óptica na qual os fótons de luz têm múltiplas reflexões. Quando os fótons são gerados, apenas um pequeno número é capaz de deixar a cavidade. Desta forma, quando um fóton atinge um elétron e permite que outro fóton seja gerado, o processo se repete e a densidade do fóton ou nível de luz começa a aumentar. É no projeto de melhores cavidades ópticas que grande parte do trabalho atual com lasers está sendo realizado. Garantir que a luz seja refletida adequadamente é a chave para a operação do dispositivo.
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