Dioodlasermasin

Dioodlasermasinate tüübid

Serva kiirgavad dioodlaserid
Serva kiirgavad dioodlaserid kiirgavad pooljuhtkiibi servast laservalgust. Nad kiirgavad valgust paralleelselt kiibi pinnaga. Serva kiirgavad dioodlaserid on moodustatud galliumarseniidist (GaAs), indiumfosfiidist (InP) või galliumnitriidist (GaN) valmistatud kiibist. Kiip koosneb kahest (või enamast) kihist, sealhulgas laengu ammendumise (aktiivne) piirkond pn-ristmikul, kus tekib laserefekt.

Serva kiirgavad dioodid võivad pakkuda kõrget optilise võimsuse taset, ulatudes millivatist kuni kümne vatini või rohkem. Võrreldes enamiku teist tüüpi laseri ja laserdioodiga on neil ka tavalisest kõrgem elektriline kasutegur. Neid lasereid kasutatakse enamikus valdkondades: telekommunikatsioon, optiline andmesalvestus, vöötkoodi skaneerimine, laserprintimine, optiline andur, meditsiiniseadmed ja tööstuslikud lasersüsteemid.

Vertikaalse õõnsusega pinna kiirgav diood (VCSED) laserid
VCSED-seadmeid nimetatakse sagedamini vertikaalse õõnsusega pinda kiirgavateks laseriteks (VCSEL). Need on pooljuht laserdioodid, mis kiirgavad laservalgust risti kiibi pinnaga, läbi kiibi ülemise pinna. VCSEL-id on moodustatud vertikaalse õõnsusega pn-siirdekiibist, mis koosneb kahest hajutatud Braggi peegelpeeglist. Aktiivne piirkond, kus valgust käivitab laengu tühistamine, on nende peeglite keskel. See lasertüüp täidab aktiivse piirkonna tavaliselt kvantkaevude või sarnaste võimendust indutseerivate struktuuridega. Valgus kiirgatakse risti kiibi pinnaga ringikujulise või elliptilise kiirena, millel on täpselt määratletud ja sümmeetriline profiil. See kiire profiil reageerib hästi kollimatsioonile, suhteliselt väikese lahknemisega.

Nendel seadmetel on serva kiirgavate dioodlaserite ees mitmeid eeliseid. Nende lävivool on madal, mis võimaldab madalal võimsusel kõrget elektritõhusust. Need ümmarguse kiirprofiiliga seadmed sobivad hästi optiliste kiududega ühendamiseks. VCSEL-ide suur eelis on see, et neid saab toota vahvlimahus, mille tulemuseks on madalamad tootmiskulud ja suurem ühtlus kui individuaalselt konstrueeritud seadmetel.

Saadaval on VCSED-laserid, mis kiirgavad erinevate lainepikkustega, alates keskmisest kuni lähiinfrapunani, ja ka nähtavat valgust. Väljundi lainepikkus tuleneb materjali valikust, ristmiku konstruktsioonist ja resonantsõõnsuse vormist. Neid kasutatakse laialdaselt: kiudoptilistes võrkudes, optilistes ühendustes ja kiiretes andmeedastussüsteemides. Neid kasutatakse ka 3D-tuvastuses näotuvastuse ja sügavuse tuvastamiseks mobiilseadmetes ning üldisemates optilistes ja tuvastusrakendustes, nagu optilised hiired, laserprinterid ja 3D-skannerid.

Hajutatud tagasiside (DFB) laserid
DFB (hajutatud tagasiside) laseritel on sarnane struktuur teiste pooljuhtlaseritega. Perioodilise võrestruktuuri kaasamine aktiivsesse piirkonda või välisesse lainejuhti on aga selle klassi jaoks ainulaadne. Jaotatud tagasiside võre koosneb lainejuhipiirkonna murdumisnäitaja perioodilisest muutumisest, mille tulemuseks on võimendusprofiili perioodiline modulatsioon. See toimib tagasiside mehhanismina, sundides valitud lainepikkusel optilist tagasisidet/võimendust, samal ajal maha surudes teisi režiime. See tähendab, et need seadmed toodavad valgust kindlal lainepikkusel kõrge spektripuhtuse ja kitsa joonelaiusega. See sobib ideaalselt suure andmeedastuskiirusega fiiberoptiliseks sideks, anduriteks ning erinevateks kõrge eraldusvõimega spektroskoopia ja metroloogia rakendusteks.

DFB lasereid saab konstrueerida ka lainepikkuste häälestatavuse jaoks piiratud vahemikus. See tuleneb temperatuuri häälestusest, voolu häälestusest või välisest tagasisidemehhanismist, mis võimaldab murdumisnäitaja reguleerimist.

Kvantkaskaadlaserid (QCL)
Kvantkaskaadlaser (QCL) kasutab laseriallikana kvantkaskaadi üleminekuid energiatasemete vahel mitmes pooljuhtide ristmikus. QCL-id on konstrueeritud mitmest kvantkaevust, mille barjäärid on moodustatud erinevate ribalaiuste pooljuhtkihtidest. Kui rakendatakse pärisuunalist nihkevoolu, liiguvad elektronid ja augud läbi mitme kvantiseeritud energiataseme, tekitades tõhusalt footoneid igal üleminekul. Need annavad emissiooni elektromagnetilise spektri keskmise infrapuna ja terahertsi piirkondades ning võivad nendes piirkondades kiirata laia valikut lainepikkusi. Enamik keskmise infrapuna lasertehnoloogiaid vajab krüogeenset jahutust, samas kui QCL-id töötavad toatemperatuuril, muutes need ideaalseks rakenduste jaoks, mis vajavad seda sagedusvahemikku. Kõrge optilise võimsuse tase muudab need sobivaks suurema energiatarbega rakenduste jaoks, pakkudes pidevlaine (CW) režiimi väga stabiilse väljundiga.

Emissiooni lainepikkuse suhteliselt lihtne häälestamine saavutatakse kihi paksuse ja nihkepinge reguleerimisega, muutes need ideaalseks spektroskoopilise analüüsi rakenduste jaoks, mis nõuavad mitut lainepikkust. Neid kasutatakse ka keskkonnaseireks, meditsiinidiagnostikasüsteemideks, kaugseireks ja vaba ruumi suhtluseks.

Välise õõnsusega dioodlaserid (ECDL)
ECDL-id on seadme formaat, mis kasutab laserväljundi võimendamiseks ja selle omaduste kontrollimiseks välist õõnsust, tavaliselt välist reflektorit või võre. ECDL-id võimaldavad dioodlaseri teiste vormingutega võrreldes suuremat häälestatavust, kitsast joonelaiust ja täpset lainepikkuse juhtimist. Neil on sarnane struktuur teiste dioodlaseritega, ettepoole kallutatud pn-siirde ja aktiivse piirkonnaga, milles kiirgavad footonid. Väline õõnsus lisatakse laserile, et pakkuda optilist tagasisidet, mis võimaldab kiirgussagedust täpselt häälestada. Selles õõnsuses on reflektor, võre või muu optiline struktuur, mis peegeldab osa valgusvihust tagasi õõnsusse.

ECDL-id võivad teiste dioodlaserite tüüpidega võrreldes hõlbustada kitsamaid joonlaiusi. Väline õõnsus summutab soovimatud pikisuunalised režiimid ja optilise müra, tagades parema koherentsuse ja kitsama joonelaiusega valgusvihu. See seadmeklass sobib ideaalselt rakendusteks, mis nõuavad väga täpse optilise kvantimise jaoks kõrget spektraalset puhtust.

ECDL-id pakuvad enamiku dioodlaseritega võrreldes oluliselt paremat lainepikkuse häälestatavust. Laseri lainepikkust saab täpselt häälestada, reguleerides peenelt välise reflektori või võre asendit või langemisnurka. See võimaldab kasutada laia valikut nõudlikke rakendusi spektroskoopias, aatomi- ja molekulaarfüüsikas ning metroloogias. Välisresonantsõõnsuse hea disaini eeliseks on see, et emissioonisageduse reguleerimine võib olla režiimihüppevaba – see tähendab, et soovitud lainepikkuste vahel saab sujuvalt reguleerida, ilma asümptootiliste ja häirivate sammumuutusteta.

Koonusdioodlaserid
Koonusdioodlaserid (ehk koonusvõimendid; koonuslaserid) on koonilise võimendusõõnsusega laserite klass. Need laserid saavutavad suure väljundvõimsuse, hea kiire kvaliteedi ja kõrge elektritõhususe. See kitsenev piirkond on sisendotsast laiem ja kitseneb järk-järgult väljundotsa suunas. Selle kitsenemise eesmärk on suurendada kiire laiust ja vähendada optilist tihedust laseri võimenduspiirkonnas.

Kitsenev võimendussektsioon võimaldab suurendada režiimiala, võimaldades suuremat optilise võimsuse eraldamist. Samuti aitab see parandada kiire kvaliteedi kollimatsiooni väljundis. Koonus suurendab ka rakendatud pumbaenergia kasutamise efektiivsust. Koonuse teine ​​eelis on võimendusspektri suurendamine, võimaldades väljundis laiemat lainepikkuste vahemikku. See häälestatavus on selle klassi eriti väärtuslik omadus. Neid seadmeid kasutatakse laialdaselt materjalide töötlemisel, lasergraveerimisel ja laserpumpamisel (suure võimsusega gaasi- ja tahkislaserite jaoks). Nende suur võimsus ja hea kiire kvaliteet muudavad need sobivaks nõudlikeks rakendusteks, kus täpsus, kiirus ja võimsus on olulised.

Superluminestsentsdiood (SLD) laserid
SLD (superluminestsentsdiood) laserid, tuntud ka kui amplified spontaneous emission (ASE) allikad, on laseritüüp, mis ühendab laserdioodide ja LED-ide omadused. Need toodavad suure intensiivsusega laia spektriga valgust, muutes need sobivaks konkreetseteks rakendusteks pildistamises, kiudoptilises anduris ja telekommunikatsioonis. SLD laserid tekitavad võimendatud spontaanse emissiooni kaudu ebaühtlast valgust. Need seadmed toodavad laia valguse ribalaiust, ulatudes kümnetest kuni sadade nanomeetriteni, muutes SLD-d sobivaks rakendustele, mis nõuavad laia spektrivahemikku või kõrge eraldusvõimega pildistamist. SLD annab väga ereda väljundi, mis on optilise võimsuse mõõt ruuminurga ühiku ja lainepikkuse ribalaiuse ühiku kohta. Kõrge heledus tuleneb võimendatud spontaansest emissioonist ja optilisest võimendusest. Nende väljundil on tavaliste laseritega võrreldes lühike koherentsuspikkus. See on kaugus, mille jooksul elektromagnetlained säilitavad oma faasisuhte. See muudab need sobivaks rakenduste jaoks, mis nõuavad madala koherentsusega häireid või sügavuslahutusega pildistamist. SLD-sid kasutatakse optilises koherentsustomograafias (OCT), fiiberoptilises anduris, spektroskoopias, biomeditsiinilises pildistamises, optilises metroloogias ja optilistes testides. Need on eriti väärtuslikud ÜMT-süsteemides bioloogiliste kudede ja materjalide kõrge eraldusvõimega pildistamiseks.

Topelt heterostruktuuriga laserid
Topelt heterostruktuuriga (DH) laserid on laserdioodide perekonna haru, mis ühendab heterostruktuuri, mis parandab tehnoloogia jõudlust. DH laseritel on madalam lävivool, suurem kasutegur ja suurem väljundvõimsus, võrreldes tavalise homoliidese konstruktsiooniga.

DH-laserid on kokku pandud kahest kolmes kihis moodustatud pn-siirdest. Tühjenemistsoon (keskmine, n-tüüpi kiht) on ühendatud kahe laiema ribalaiusega p-tüüpi kihi vahel. See konfiguratsioon loob kandjate tõhusa piiramise ja lekkevaba optilise režiimi, suurendades elektritõhusust ja üldist jõudlust. Suurem kandepiirang aitab suurendada kandja tihedust ja rekombinatsiooni, mis toob enamikus aspektides kaasa suurema võimenduse ja parema töötõhususe. Teisene eelis on see, et heterostruktuur kutsub esile optilise suletuse, suurendades valguse ja aine interaktsiooni. Madalam lävivool tuleneb väiksemast laengukandja lekkest, mis võimaldab laseril jõuda madalama voolutaseme juures laseri alguse läveni.

Neid seadmeid kasutatakse laialdaselt telekommunikatsioonis, optilistes andmeseadmetes, laserprintimises ja laseriga toega mõõtesüsteemides. Need on eriti väärtuslikud kaugsides kiudoptilises sides, mille puhul on kasulik kõrge kasutegur, madalad lävivoolud ja suur väljund.

Kvantkaevu dioodlaserid
Kvantkaevude dioodlaserid on seadmete perekond, mis sisaldavad kvanthäid struktuure, mis parandavad optilisi/elektrilisi omadusi. Võrreldes põhiseadmetega saavutavad need madalama lävivoolu, suurema energiatõhususe ja parema lainepikkuse juhtimise. Need seadmed on valmistatud kitsama ribalaiusega õhukeste pooljuhtplaatide kihilisest struktuurist, mis on ümbritsetud kõrgemate ribalaiusega kihtidega. Kvantkaevu kiht loob nii kandjate kui ka genereeritud footonite jaoks kinnise piirkonna, parandades optilist võimendust. Piiratud kandja saavutab suurema tiheduse kvantkaevu piirkonnas, mis hõlbustab kandjate paremat kasutamist stimuleeritud emissiooni jaoks, mille tulemuseks on parem võimsuse muundamise efektiivsus. Need võimaldavad genereeritud lainepikkust täpselt juhtida, reguleerides kaevu laiust ja koostist. See võimaldab emissiooni lainepikkust täpselt häälestada nõudlikele spetsifikatsioonidele.

Kvantkaevude dioodlaserid on tuntud kitsa joonelaiusega väljundi poolest. Pikisuunalise režiimi konkurentsi mahasurumine ja optilise müra vähendamine põhjustavad paremat koherentsust ja kitsamat spektraalset käitumist. See seadme formaat on eriti kasulik telekommunikatsiooni, optilise andmesalvestuse, laserprintimise ja meditsiinilise diagnostika valdkonnas. Kiudoptilise side kompaktsed ja tõhusad kiirgusallikad on suure ribalaiuse ja pikamaa kiudoptika puhul kriitilise tähtsusega.

Single longitudinal mode laser (SLM) laserid
Single longitudinal mode (SLM) laserid kiirgavad valgust, et tekitada ühe sageduse või lainepikkusega väljund suure koherentsuse ja kitsa joonelaiusega. Selle üherežiimilise väljundi saavutamiseks kasutavad SLM-laserid mitmesuguseid tehnikaid, nagu režiimi valimise elemente, sageduse stabiliseerimise meetodeid ja õõnsuse disaini optimeerimist. Häirivate pikisuunaliste režiimide summutamine tekitab kitsa sagedusspektriga väga koherentse väljundi.

SLM-lasereid kasutatakse erinevates valdkondades, nagu telekommunikatsioon, fiiberoptiline andur, metroloogia, spektroskoopia ja interferomeetria, ning uurimisvahenditena nende suure koherentsuse, täpse lainepikkuse juhtimise ja kitsa joonelaiuse tõttu.

Interband kaskaadlaserid
Interband kaskaadlaserid (ICL) töötavad ribadevahelisel üleminekul erinevate elektrooniliste ribade vahel aktiivses piirkonnas. Need tagavad tõhusa ja suure jõudlusega töö keskmise infrapuna lainepikkuse spektris. ICL-id saavad kasu ribadevahelistest üleminekutest energiaribade vahel igas vahvli sees, kasutades ära kaskaadüleminekuid mitme astme/kvantkaevu vahel, et saavutada parem optiline võimendus ja laseremissioon. Tavalised dioodlaserid tuginevad piiratumale ribasisesele üleminekule. Need on tavaliselt ette nähtud kiirguse tekitamiseks keskmise infrapuna lainepikkusega vahemikus 3 kuni 12 mikromeetrit. Mitmed kvantkaevu astmed on elektriliselt ühendatud kaskaadkonfiguratsioonis. Iga etapp osaleb võimendusprotsessis, mille tulemuseks on suurem optiline võimendus kui ühe ristmikuga seadmed.

ICL-id annavad laseri alguseks eriti madala lävivoolu. Suurema efektiivsusega kandja transport ja kasutamine toob kaasa väiksema energiatarbimise. ICL-e kasutatakse gaasiandurite, keemilise analüüsi, keskkonnaseire, tööstusprotsesside juhtimise ja vaba ruumi optilise side jaoks. Keskmine infrapunakiirgus on kasulik konkreetsete saasteainete tuvastamiseks ja mõõtmiseks.

Eraldi isoleeritud heterostruktuuri laserid
Eraldi suletud heterostruktuuriga (SCH) laserid kasutavad optiliste ja elektriliste omaduste parandamiseks heterostruktuuri disaini. See tagab väiksemate optiliste kadude, parema kandja piiratuse ja parema üldise jõudluse võrreldes tavaliste homoühenduslaseritega. SCH-laserid sisaldavad mitut erineva ribalaiusega vahvlit, et moodustada keerukam heterostruktuur. Tühjenduskiht on kaetud laiemate ribalaiuse kihtidega. See keerukus võimaldab nii kandjate kui ka optiliste režiimide paremat piiramist.

Parem suletus ja vähenenud optiline leke tulenevad kattekihtidest, mis hoiavad kinni nii optilise kui laengukandja aktiivsuse aktiivses piirkonnas. Vähendatud kanduri leke aitab eriti kaasa künnisvoolu ja elektritõhususe paranemisele. See omakorda suurendab jõudlust võrreldes homoliidese laseritega, parandades temperatuuri stabiilsust, suuremat modulatsiooni ribalaiust ja temperatuurist sõltuvat lainepikkuse triivi. SCH-laserid on eriti kasulikud rakendustes, mis nõuavad tõhusust ja temperatuuri stabiilsust. Need sobivad üldisteks rakendusteks, nagu telekommunikatsioon, optiline andmesalvestus, laserprintimine, optiline andur ja laseripõhised uuringud, kuid need sobivad eriti karmimatesse keskkondadesse ja fiiberoptiliste sidesüsteemide jaoks.

Distributed Bragg reflektor (DBR) laserid
Distributed Bragg reflektor (DBR) on seadmed, mis sisaldavad hajutatud Braggi reflektorit, mis on integreeritud võimendusõõnde. See aspekt võimaldab kiirgussagedust ja kitsast filtreerimist täpselt juhtida, et tagada hea spektraalne puhtus ja valik. Braggi võre koosneb vahelduvatest kõrge ja madala murdumisnäitajaga materjalide kihtidest, mis toimivad lainepikkust selektiivse peeglina. See struktuur peegeldab kõigi valimata lainepikkuste valgust, võimaldades samal ajal soovitud kiirgusel levida läbi võimendusõõnsuse. See struktuur tagab täpse lainepikkuse selektiivsuse ja võreperioodi või murdumisnäitaja paaride reguleerimisega saab väljastatavat lainepikkust reguleerida vahemikus. See hõlbustab kohandamist ja ühilduvust paljude rakendustega, sealhulgas lainepikkusjaotusega multipleksimissüsteemidega (WDM) ja optilise koherentsustomograafiaga (OCT).

DBR-laserid pakuvad Braggi võre hajutatud tagasiside tulemusel kitsa joonelaiusega väljundit. Võre pärsib ebasoovitavaid pikisuunalisi režiime ja põhjustab kitsa spektraallaiusega ühemoodilise emissiooni. Need seadmed pakuvad kasulikke kõrgeid külgrežiimi summutussuhteid (HMSSR), mis esindavad soovitud laserrežiimi ja naaberrežiimide võimsuse erinevust, pakkudes selektiivsuse, spektraalse puhtuse ja kitsa joonelaiuse mõõtu.

DBR-lasereid kasutatakse telekommunikatsioonis, fiiberoptilises anduris, spektroskoopias, metroloogias ja optilise koherentsustomograafias. Neid kasutatakse täpsete ja stabiilsete valgusallikatena erinevates süsteemides, mis nõuavad kindlaid lainepikkusi, kitsaid joonlaiusi ja kõrget spektraalset puhtust.

Vertikaalse välisõõnsusega pinda kiirgavad laserid
Vertikaalse välisõõnsusega pinda kiirgavad laserid (VECSEL) on spetsiaalset tüüpi laserseadmed, mis ühendavad nii vertikaalse õõnsusega pinda kiirgavate laserite (VCSEL) kui ka välisõõnsusega dioodlaserite (ECDL) kasulikud omadused. Selle tulemuseks on ainulaadsed omadused, nagu suur väljundvõimsus, lainepikkuse häälestatavus ja suurepärane kiire kvaliteet.

VECSEL-i laseriõõnsus on vertikaalselt orienteeritud, nii et valgust kiirgatakse risti kiibi pinnaga. See vertikaalne disain võimaldab tõhusat soojuse hajumist ja täpset kontrolli kiirgava tala üle. Nende välimine õõnsuse konfiguratsioon on konstrueeritud täiendavatest peegeldavatest pindadest, mis on paigutatud väljapoole kiibi struktuuri. See võimaldab lainepikkuse reguleerimist, kiire kujundamist ja võimsuse skaleerimist. VECSEL-id on võimelised suurema väljundvõimsusega kui VCSEL-id, kuna välise õõnsuse konfiguratsioon parandab soojuse hajumist. Täpne lainepikkuse häälestatavus laias spektrivahemikus saavutatakse väliste õõnsuste peeglite asendi muutmise või seadme töötemperatuuri reguleerimisega. Täpselt kavandatud välise õõnsuse kasutamisega saavutavad VECSELid madala lahknemisnurga ja ühtlase talaprofiiliga kvaliteetse väljundi.

VECSELe kasutatakse teadusuuringutes, materjalide töötlemises, meditsiinilises diagnostikas, optilises anduris ja telekommunikatsioonis. Need teenindavad täppisrakendusi, nagu laserspektroskoopia, laserjahutus ja aatomite püüdmine/manipuleerimine, laserablatsioon ja suure andmeedastuskiirusega optiline side.

Multi-longitudinal mode (MLM) laserid
Mitme pikisuunalise režiimiga (MLM) laserid pakuvad ebatavalist võimalust kiirata mitmel tihedalt asetseval, kuid kitsal sagedusribal suhteliselt laias spektris. MLM-laserite pikisuunalised režiimid on kitsaste vahedega. Vahekaugus sõltub resonantsõõne funktsionaalsest disainist, nagu selle pikkus ja laserkandja murdumisnäitaja. Nende lai emissioonispekter on tingitud nende mitme režiimi olemasolust. Režiimide spektraalne laius ja jaotus tuleneb õõnsuse ja ristmiku konstruktsioonist ning ka töötingimustest.

MLM-lasereid kasutatakse spektroskoopias, metroloogias, interferomeetrias ja telekommunikatsioonis. Need on eriti rakendatavad optilise koherentsustomograafia (OCT) puhul, mille puhul on võimalik kõrge eraldusvõimega pildistamine, mis tuleneb mitme pikisuunalise režiimi häiretest.

Dioodlasermasina kasutamine

Kuidas hooldada dioodlasermasinat

Kuidas dioodlaser töötab

Dioodlaserid töötavad pooljuhtide ristmikul footonite emissiooni stimuleerimise teel. Pooljuhtmaterjalil on spetsiifilised energiaribad, mis käivitavad koherentse valguse genereerimise ja võimendamise. Diood koosneb pn-siirdest. N-tüüpi piirkond tekitab negatiivselt laetud kandjaid (elektrone), samas kui p-tüüp tekitab positiivselt laetud kandjaid (auke). Ühenduskoht moodustab kahe materjali vahel ammendumise piirkonna. Kui ristmikule rakendatakse päripinge (+ve p-le ja -ve materjalile n), voolab vool. See põhjustab laengukandjate liikumist üle ristmiku. Ammendumise piirkonda süstitakse elektronid n piirkonnast ja augud p piirkonnast. Need kohtuvad ja neutraliseerivad, vabastades iga tühistatud laengu kohta footoni.

Dioodlaseri otstes on peegeldavad pinnad, mis moodustavad "optilise õõnsuse". Footonid peegeldavad seestpoolt ja optiline tagasiside suurendab stimuleeritud emissioone ja annab kitsaribalise koherentse valguse. Stimuleeriv emissioon tekib ka siis, kui footon interakteerub ergastatud elektroniga, põhjustades selle teise footoni kiirgamise. Need täiendavad footonid on identsed käivitava footoniga, mis viib võimenduseni. Kuna stimuleeritud emissioon jätkub ja footonid peegelduvad õõnsuses, suureneb laserenergia intensiivsus.