Parameter, Prinzipien und Anwendungen von Laserdioden

Das Funktionsprinzip von Halbleiterlaserdioden ist theoretisch das gleiche wie das von Gaslasern.
Die Laserdiode ist im Wesentlichen eine Halbleiterdiode. Je nachdem, ob das PN-Übergangsmaterial gleich ist, kann die Laserdiode in Homojunction-, Single-Heterojunction- (SH), Double-Heterojunction- (DH) und Quantum-Well-Laserdioden (QW) unterteilt werden. Quantentopflaserdioden bieten die Vorteile eines niedrigen Schwellenstroms und einer hohen Ausgangsleistung und sind derzeit gängige Produkte auf dem Markt. Im Vergleich zu Lasern haben Laserdioden die Vorteile eines hohen Wirkungsgrads, einer geringen Größe und einer langen Lebensdauer. Ihre Ausgangsleistung ist jedoch gering (im Allgemeinen weniger als 2 mW), die Linearität ist schlecht und die Monochromatizität ist nicht sehr gut, was ihre Anwendung in Kabelfernsehsystemen einschränkt. Sehr eingeschränkt, kann keine mehrkanaligen, leistungsstarken analogen Signale übertragen. Im Backhaul-Modul eines bidirektionalen optischen Empfängers werden im Allgemeinen Quantentopf-Laserdioden als Lichtquellen für die Uplink-Übertragung verwendet.

Laserdiodenessenz
Die Laserdiode ist im Wesentlichen eine Halbleiterdiode. Je nachdem, ob das PN-Übergangsmaterial gleich ist, kann die Laserdiode in Homojunction-, Single-Heterojunction- (SH), Double-Heterojunction- (DH) und Quantum-Well-Laserdioden (QW) unterteilt werden. Quantentopflaserdioden bieten die Vorteile eines niedrigen Schwellenstroms und einer hohen Ausgangsleistung und sind derzeit gängige Produkte auf dem Markt. Im Vergleich zu Lasern haben Laserdioden die Vorteile eines hohen Wirkungsgrads, einer geringen Größe und einer langen Lebensdauer. Ihre Ausgangsleistung ist jedoch gering (im Allgemeinen weniger als 2 mW), die Linearität ist schlecht und die Monochromatizität ist nicht sehr gut, was ihre Anwendung in Kabelfernsehsystemen einschränkt. Sehr eingeschränkt, kann keine mehrkanaligen, leistungsstarken analogen Signale übertragen. Im Backhaul-Modul eines bidirektionalen optischen Empfängers werden im Allgemeinen Quantentopf-Laserdioden als Lichtquellen für die Uplink-Übertragung verwendet.

Der Grundaufbau einer Halbleiterlaserdiode ist in der Abbildung dargestellt. Ein Paar paralleler Ebenen senkrecht zum PN-Übergang bilden einen Fabry-Perot-Resonanzhohlraum. Dies können Spaltungsebenen des Halbleiterkristalls oder polierte Ebenen sein. Die verbleibenden beiden Seiten sind relativ rau, um den Lasereffekt in andere Richtungen als die Hauptrichtung zu eliminieren.

Im konkreten Betrieb wird der PN-Übergang der Laserdiode durch zwei dotierte Galliumarsenidschichten gebildet. Es verfügt über zwei Strukturen mit flachen Enden, eine parallel zum Ende verspiegelte Oberfläche (eine stark reflektierende Oberfläche) und eine teilweise reflektierende. Die Wellenlänge des auszusendenden Lichts hängt genau von der Länge des Gelenks ab. Wenn ein PN-Übergang durch eine externe Spannungsquelle in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird, bewegen sich Elektronen durch den Übergang und rekombinieren wie bei einer normalen Diode. Bei der Rekombination von Elektronen mit Löchern werden Photonen freigesetzt. Diese Photonen treffen auf die Atome, wodurch weitere Photonen freigesetzt werden. Wenn der Durchlassstrom zunimmt, gelangen mehr Elektronen in den Verarmungsbereich und bewirken, dass mehr Photonen emittiert werden.

Es gibt zwei häufig verwendete Laserdioden: ①PIN-Fotodiode. Wenn es optische Energie empfängt und Photostrom erzeugt, erzeugt es Quantenrauschen. ②Lawinenfotodiode. Sie bietet eine interne Verstärkung und kann weiter übertragen als eine PIN-Fotodiode, weist jedoch ein größeres Quantenrauschen auf. Um ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erhalten, müssen hinter dem Photodetektionsgerät ein rauscharmer Vorverstärker und ein Hauptverstärker geschaltet werden.

Häufig verwendete Parameter von Halbleiterlaserdioden sind:
(1) Wellenlänge: Das heißt, die Arbeitswellenlänge der Laserröhre. Derzeit umfassen die Wellenlängen von Laserröhren, die als fotoelektrische Schalter verwendet werden können, 635 nm, 650 nm, 670 nm, 690 nm, 780 nm, 810 nm, 860 nm, 980 nm usw.

(2) Schwellenstrom Ith: Das ist der Strom, bei dem die Laserröhre beginnt, Laserschwingungen zu erzeugen. Bei allgemeinen Laserröhren mit geringer Leistung liegt ihr Wert bei etwa mehreren zehn Milliampere. Der Schwellenstrom von Laserröhren mit einer verspannten Mehrfachquantentopfstruktur kann bis zu 10 mA betragen. die folgende.

(3) Betriebsstrom Iop: Das ist der Antriebsstrom, wenn die Laserröhre die Nennausgangsleistung erreicht. Dieser Wert ist wichtig für den Entwurf und das Debuggen der Laser-Treiberschaltung.

(4) Vertikaler Divergenzwinkel θ⊥: Der Winkel, in dem sich der Leuchtstreifen der Laserdiode in der Richtung senkrecht zum PN-Übergang öffnet, im Allgemeinen etwa 15 Grad ~ 40 Grad.

(5) Horizontaler Divergenzwinkel θ∥: Der Winkel, in dem sich das Leuchtband der Laserdiode in Richtung parallel zum PN-Übergang öffnet, im Allgemeinen etwa 6 bis 10 Grad.

(6) Überwachungsstrom Im: Das ist der Strom, der durch die PIN-Röhre fließt, wenn die Laserröhre die Nennausgangsleistung hat.

Im wirklichen Leben werden Laserdioden häufig in Bereichen der Informationswissenschaft eingesetzt, beispielsweise in der Glasfaserkommunikation, bei der Speicherung optischer Datenträger, beim Drucken und Kopieren sowie in der medizinischen Kosmetologie. Für bestimmte Anwendungen muss die Auswahl mit den wichtigsten technischen Parametern kombiniert werden, einschließlich Wellenlänge, Ausgangsleistung, Betriebsstrom, Betriebsspannung usw. Laserdioden werden auch häufig in optoelektronischen Geräten mit geringem Stromverbrauch wie optischen Laufwerken in Computern und Druckern verwendet Köpfe in Laserdruckern.

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