Proč mají laserové diody čtyři účinnosti?

Laserové diody hrají důležitou roli v průmyslu výkonové elektroniky, zejména v oblasti přenosu signálu díky své vynikající monochromatičnosti, vysoké účinnosti a rychlým spínacím charakteristikám.
Princip laserové diody
Laserové diody vyzařují světlo na základě stimulovaného záření, schopné emitovat paprsky malého průměru, vysoce orientované a vysoce koherentní světlo. V roce 1962 vědci Robert N. Hall a Nick Holonyak Jr. úspěšně vynalezli laserovou diodu. Díky „injekci“ proudu v aktivní oblasti dosáhla tato zařízení „laserových“ podmínek a úspěšně vyzařovala fotony. Rozdíl mezi znázorněním symbolu laserové diody a běžnými PN přechodovými diodami je v tom, že obsahuje nedopovanou vnitřní aktivní oblast.
Struktura a princip činnosti laserové diody
Princip činnosti laserové diody závisí na její vnitřní struktuře PIN – s polovodiči typu P a N na obou koncích a nedopovaným vlastním polovodičem uprostřed. Když je aplikováno předpětí, elektrony a díry jsou injektovány do aktivní oblasti a elektrony přeskakují z vodivého pásu do valenčního pásu a rekombinují se s otvory a uvolňují fotony.
Tento proces zahrnuje tři radiační mechanismy: absorpci, spontánní emisi a stimulovanou emisi. Spontánní emise je emise světla produkovaná přirozenou rekombinací, zatímco stimulovaná emise je generována, když elektrony přecházejí z vyšší energetické hladiny na nižší energetickou hladinu působením fotonů. Každý dopadající foton může indukovat dva fotony stejné fáze a vlnové délky.

Aplikace laserových diod
Laserové diody jsou široce používány v oblasti výkonové elektroniky. Hraje nepostradatelnou roli v optoelektronických scénách, jako je laserový tisk, čtení a zápis optických disků, komunikace z optických vláken a automatizované senzory. Kromě toho hrají klíčovou roli v technologiích výroby polovodičů, jako je řízení výkonových zařízení (jako jsou obvody IGBT a MOSFET), EDS a bezmasková litografie.
Výhody a nevýhody
Laserové diody nabízejí širokou škálu možností v rozsahu vlnových délek 810 až 1064 nanometrů, přičemž mají řadu výhod, jako je rychlá odezva a vysoká kvantová účinnost. Přestože laserové diody mají omezení, jako je citlivost na teplotu a světelnou zpětnou vazbu, smršťování bandgap při vysokém zesíleném proudu a vyšší náklady ve srovnání s LED, jejich celkový výkon je výrazně převyšuje oproti LED ve vysoce přesných aplikacích.
Rozdíl mezi laserovými diodami a LED
Na rozdíl od LED, které se spoléhají na spontánní emisi, laserové diody spouštějí stimulovanou emisi proudem a napětím a vytvářejí rovnoměrný a koherentní světelný výstup. S pomocí laserových diod bylo dosaženo jemného řízení optických aplikací, zatímco LED jsou vhodné pro všeobecné osvětlení a signalizační zařízení.
Prostřednictvím hloubkové analýzy technologie laserových diod lze vidět, že její role v moderní výkonové elektronice a komunikačních oborech nabývá na významu. Přestože náklady na laserové diody jsou relativně vysoké, jejich výkonnostní výhody jsou zřejmé ve špičkových přesných aplikacích a očekává se, že budou i nadále představovat obrovský potenciál v budoucím optoelektronickém průmyslu.