Struttura di laser a diodi / semiconduttori

Dopo aver letto questo articolo imparerai a conoscere la struttura dei laser a diodi / semiconduttori. Scopri anche i suoi principi di funzionamento.

Sebbene questi laser appartengano alla categoria dei laser a stato solido, differiscono in modo significativo nei dettagli di funzionamento da altri laser a stato solido come i laser a rubino e Nd: YAG, quindi sono considerati come un tipo separato.

Un laser a semiconduttore è fondamentalmente un diodo pin. Una giunzione a perno è formata portando in contatto tra loro un semiconduttore di tipo p e un tipo di n con uno strato intrinseco attivo. Quando una corrente elettrica viene fatta passare attraverso un tale dispositivo, la luce laser emerge dalla regione di giunzione. La potenza in uscita è limitata ma il basso costo, le dimensioni ridotte e l'efficienza relativamente elevata rendono questi laser particolarmente adatti per una vasta gamma di applicazioni.

Questi laser sono simili nella costruzione di un transistor o diodo a semiconduttore. Il convenzionale laser a semiconduttore che utilizza gallio, arsenico e alluminio di solito emette impulsi infrarossi di lunghezza d'onda compresa tra 0, 8 e 0, 9 μm con potenza dell'ordine di watt. La ricerca con nuovi materiali, ad esempio, indio e fosforo ha portato a un raggio laser di lunghezze d'onda più lunghe da 1, 1 a 1, 6 μm che aumenta l'efficienza della trasmissione della luce nelle fibre ottiche.

Le ultime ricerche nel campo dei laser a semiconduttore hanno portato allo sviluppo di un raggio laser di lunghezze d'onda più corte come visibile, in particolare quella proveniente dalla regione rossa dello spettro. La figura 14.43 mostra il concetto di base di un setup per un semiconduttore o un laser a diodi.

Fin dalla sua invenzione nel 1962, il laser a semiconduttore ha fatto molta strada anche se a un ritmo lento. Questo lento progresso in questo campo può essere attribuito alla non disponibilità di tecniche per fabbricare i materiali semiconduttori di purezza desiderata e la mancanza di elettronica a stato solido.

Tuttavia, la recente crescita in questo settore è molto promettente e si prevede che i laser a semiconduttore sostituiranno i convenzionali laser a stato solido e gas. Questo perché offrono molti vantaggi unici, ad esempio, dimensioni compatte, alta efficienza (fino al 20%), non capacità della lunghezza d'onda, basso consumo energetico, possibilità di modulazione diretta dell'uscita e compatibilità con la produzione di massa.

Principio operativo:

Il laser a semiconduttore è un sistema laser a due livelli. Lo stato laser superiore è la banda di conduzione e lo stato inferiore è la banda di valance. Il raggio laser viene emesso dal gap di banda del semiconduttore. Perché l'azione lasing inizi, è necessario avere un guadagno sufficiente attraverso un'inversione di popolazione tra la valance e le marche di conduzione. Tale inversione di popolazione può essere creata mediante pompaggio esterno mediante laser, fasci di elettroni o lampade flash; tuttavia nella maggior parte dei laser a semiconduttore disponibili in commercio ciò è influenzato dal pompaggio interno, vale a dire dal pompaggio elettrico utilizzando una giunzione PN.

Ci sono molti progetti di laser a semiconduttore. Alcuni dei più importanti includono quanto segue:

1. Laser a feedback distribuito (DFB).

2. Laser a cavità accoppiata.

3. Laser quantistici.

4. Laser a emissione di superficie.

5. Laser infrarossi e laser a fascio visibile.

I tipi strutturalmente diversi sono i seguenti:

(i) Laser ad ampia area,

(ii) Laser guidati da guadagno,

(iii) Laser guidati da indici settimanali,

(a) Laser guidati Ridge Wave,

(b) Laser guidati a onde costali,

(iv) Laser con indice forte.

La potenza erogata dai laser a semiconduttore / diodo varia da 1 mW per i singoli laser a 0, 5 W per gli array di diodi a blocco di fase costruiti in un substrato comune. L'efficienza può arrivare fino al 20% per i laser a diodi. Questi laser possono essere utilizzati sia in modalità onda continua (CW) che a onda pulsata (PW) ad alte frequenze di ripetizione.