Μηχανή λέιζερ διόδου

Τύποι μηχανής λέιζερ διόδου

Λέιζερ διόδου εκπομπής άκρων
Τα λέιζερ διόδου εκπομπής άκρων εκπέμπουν φως λέιζερ από την άκρη του τσιπ ημιαγωγού. Εκπέμπουν φως παράλληλα με την επιφάνεια του τσιπ. Τα λέιζερ διόδου εκπομπής άκρων σχηματίζονται από ένα τσιπ κατασκευασμένο από αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs), φωσφίδιο του ινδίου (InP) ή νιτρίδιο του γαλλίου (GaN). Το τσιπ αποτελείται από δύο (ή περισσότερα) στρώματα, συμπεριλαμβανομένης της περιοχής εξάντλησης φορτίου (ενεργό) στη διασταύρωση pn, όπου εμφανίζεται το φαινόμενο λέιζερ.

Οι δίοδοι εκπομπής άκρων μπορούν να παρέχουν υψηλά επίπεδα οπτικής ισχύος, που κυμαίνονται από milliwatts έως δέκα watt ή περισσότερα. Επιδεικνύουν επίσης υψηλότερη από την τυπική ηλεκτρική απόδοση, σε σύγκριση με τους περισσότερους άλλους τύπους λέιζερ και διόδων λέιζερ. Αυτά τα λέιζερ χρησιμοποιούνται στους περισσότερους τομείς: τηλεπικοινωνίες, αποθήκευση οπτικών δεδομένων, σάρωση γραμμωτού κώδικα, εκτύπωση λέιζερ, οπτική ανίχνευση, ιατρικός εξοπλισμός και βιομηχανικά συστήματα λέιζερ.

Λέιζερ με δίοδο εκπομπής επιφάνειας κάθετης κοιλότητας (VCSED).
Οι συσκευές VCSED ονομάζονται πιο συχνά λέιζερ που εκπέμπουν επιφάνεια κάθετης κοιλότητας (VCSEL). Πρόκειται για μια κατηγορία διόδων λέιζερ ημιαγωγών που εκπέμπει φως λέιζερ κάθετα στην επιφάνεια του τσιπ, μέσω της επάνω επιφάνειας του τσιπ. Τα VCSEL σχηματίζονται από ένα τσιπ σύνδεσης pn με κάθετη κοιλότητα, που αποτελείται από δύο κατανεμημένους ανακλαστήρες Bragg. Η ενεργή περιοχή, όπου το φως εκκινείται με ακύρωση φόρτισης, βρίσκεται στο κέντρο μεταξύ αυτών των κατόπτρων. Αυτός ο τύπος λέιζερ γενικά γεμίζει την ενεργό περιοχή με κβαντικά φρεάτια ή παρόμοιες δομές που προκαλούν κέρδος. Το φως εκπέμπεται κάθετα στην επιφάνεια του τσιπ ως κυκλική ή ελλειπτική δέσμη με καλά καθορισμένο και συμμετρικό προφίλ. Αυτό το προφίλ δέσμης ανταποκρίνεται καλά στην ευθυγράμμιση, με σχετικά χαμηλή απόκλιση.

Αυτές οι συσκευές έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα λέιζερ διόδου εκπομπής άκρων. Το ρεύμα κατωφλίου τους είναι χαμηλό, επιτρέποντας υψηλή ηλεκτρική απόδοση σε χαμηλά επίπεδα ισχύος. Αυτές οι συσκευές με προφίλ κυκλικής δέσμης είναι κατάλληλες για σύζευξη με οπτικές ίνες. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των VCSEL είναι ότι μπορούν να κατασκευαστούν σε κλίμακα γκοφρέτας, με αποτέλεσμα χαμηλότερο κόστος παραγωγής και υψηλότερη ομοιομορφία από τις συσκευές που κατασκευάζονται μεμονωμένα.

Τα λέιζερ VCSED είναι διαθέσιμα για να εκπέμπουν μια σειρά από μήκη κύματος, από μεσαία έως σχεδόν υπέρυθρα, καθώς και ορατό φως. Το μήκος κύματος της εξόδου προκύπτει από την επιλογή υλικού, τον σχεδιασμό διασταύρωσης και τη μορφή κοιλότητας συντονισμού. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε: δίκτυα οπτικών ινών, οπτικές διασυνδέσεις και συστήματα μετάδοσης δεδομένων υψηλής ταχύτητας. Χρησιμοποιούνται επίσης στην τρισδιάστατη ανίχνευση για αναγνώριση προσώπου και ανίχνευση βάθους σε κινητές συσκευές και σε γενικότερες εφαρμογές οπτικών και αισθητήρων όπως οπτικά ποντίκια, εκτυπωτές λέιζερ και σαρωτές 3D.

Λέιζερ κατανεμημένης ανάδρασης (DFB).
Τα λέιζερ DFB (κατανεμημένης ανάδρασης) έχουν παρόμοια δομή με άλλα λέιζερ ημιαγωγών. Ωστόσο, η συμπερίληψη μιας δομής περιοδικού πλέγματος εντός της ενεργού περιοχής, ή του εξωτερικού κυματοδηγού, είναι μοναδική σε αυτήν την κατηγορία. Το κατανεμημένο πλέγμα ανάδρασης αποτελείται από μια περιοδική μεταβολή του δείκτη διάθλασης της περιοχής του κυματοδηγού, με αποτέλεσμα μια περιοδική διαμόρφωση του προφίλ απολαβής. Αυτό λειτουργεί ως μηχανισμός ανάδρασης, αναγκάζοντας την οπτική ανάδραση/ενίσχυση σε ένα επιλεγμένο μήκος κύματος ενώ καταστέλλει άλλους τρόπους λειτουργίας. Αυτό σημαίνει ότι αυτές οι συσκευές παράγουν φως σε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος με υψηλή φασματική καθαρότητα και στενό εύρος γραμμής. Αυτό είναι ιδανικό για επικοινωνίες οπτικών ινών υψηλής ταχύτητας δεδομένων, ανίχνευση και διάφορες εφαρμογές φασματοσκοπίας και μετρολογίας υψηλής ανάλυσης.

Τα λέιζερ DFB μπορούν επίσης να σχεδιαστούν για δυνατότητα συντονισμού μήκους κύματος εντός περιορισμένου εύρους. Αυτό προκύπτει από ρύθμιση θερμοκρασίας, ρύθμιση ρεύματος ή εξωτερικό μηχανισμό ανάδρασης που επιτρέπει τη ρύθμιση του δείκτη διάθλασης.

Κβαντικά λέιζερ καταρράκτη (QCLs)
Το κβαντικό λέιζερ καταρράκτη (QCL) χρησιμοποιεί κβαντικές μεταβάσεις καταρράκτη μεταξύ ενεργειακών επιπέδων εντός πολλαπλών διασταυρώσεων ημιαγωγών ως πηγή λέιζερ. Τα QCL κατασκευάζονται από πολλαπλά κβαντικά φρεάτια, με φραγμούς που σχηματίζονται από στρώματα ημιαγωγών διαφόρων κενού ζώνης. Όταν εφαρμόζεται ένα ρεύμα πόλωσης προς τα εμπρός, τα ηλεκτρόνια και οι οπές ταξιδεύουν μέσω πολλαπλών κβαντισμένων ενεργειακών επιπέδων, δημιουργώντας αποτελεσματικά φωτόνια σε κάθε μετάβαση. Παρέχουν εκπομπή στις περιοχές μεσαίου υπέρυθρου και terahertz του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και μπορούν να εκπέμπουν ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος εντός αυτών των περιοχών. Η πλειονότητα των τεχνολογιών λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας χρειάζονται κρυογονική ψύξη, ενώ τα QCL λειτουργούν σε θερμοκρασία δωματίου, καθιστώντας τα ιδανικά για εφαρμογές που χρειάζονται αυτό το εύρος συχνοτήτων. Η παροχή υψηλών επιπέδων οπτικής ισχύος τα καθιστά κατάλληλα για εφαρμογές υψηλότερης ενέργειας, παρέχοντας λειτουργία συνεχούς κύματος (CW) με πολύ σταθερή έξοδο.

Ο σχετικά απλός συντονισμός του μήκους κύματος εκπομπής επιτυγχάνεται με την προσαρμογή του πάχους του στρώματος και της τάσης πόλωσης, καθιστώντας τα ιδανικά για εφαρμογές φασματοσκοπικής ανάλυσης που απαιτούν πολλαπλά μήκη κύματος. Χρησιμοποιούνται επίσης για περιβαλλοντική παρακολούθηση, ιατρικά διαγνωστικά συστήματα, τηλεπισκόπηση και επικοινωνία σε ελεύθερο χώρο.

Λέιζερ διόδων εξωτερικής κοιλότητας (ECDL)
Τα ECDL είναι μια μορφή συσκευής που χρησιμοποιεί μια εξωτερική κοιλότητα, συνήθως έναν εξωτερικό ανακλαστήρα ή πλέγμα, για να ενισχύσει την έξοδο λέιζερ και να ελέγξει τα χαρακτηριστικά του. Τα ECDL επιτρέπουν αυξημένη δυνατότητα συντονισμού, στενό εύρος γραμμής και ακριβή έλεγχο μήκους κύματος σε σύγκριση με άλλες μορφές του λέιζερ διόδου. Έχουν παρόμοια δομή με άλλα λέιζερ διόδου, με πολωμένη προς τα εμπρός διασταύρωση pn και μια ενεργή περιοχή στην οποία εκπέμπονται φωτόνια. Η εξωτερική κοιλότητα προστίθεται στο λέιζερ για να παρέχει οπτική ανάδραση που επιτρέπει τον ακριβή συντονισμό της συχνότητας εκπομπής. Αυτή η κοιλότητα στεγάζει έναν ανακλαστήρα, ένα πλέγμα ή άλλη οπτική δομή που αντανακλά ένα ποσοστό της δέσμης πίσω στην κοιλότητα.

Τα ECDL μπορούν να διευκολύνουν τα στενότερα πλάτη γραμμών, σε σύγκριση με άλλους τύπους λέιζερ διόδου. Η εξωτερική κοιλότητα καταστέλλει τις ανεπιθύμητες διαμήκεις λειτουργίες και τον οπτικό θόρυβο, παρέχοντας καλύτερη συνοχή και στενότερη δέσμη εύρους γραμμής. Αυτή η κατηγορία συσκευών είναι ιδανική για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή φασματική καθαρότητα για πολύ ακριβή οπτική κβαντοποίηση.

Τα ECDL παρέχουν σημαντικά βελτιωμένη δυνατότητα συντονισμού μήκους κύματος, σε σύγκριση με τα περισσότερα διοδικά λέιζερ. Το μήκος κύματος του λέιζερ μπορεί να ρυθμιστεί με ακρίβεια ρυθμίζοντας διακριτικά τη θέση ή τη γωνία πρόσπτωσης του εξωτερικού ανακλαστήρα ή του πλέγματος. Αυτό επιτρέπει ένα ευρύ φάσμα απαιτητικών εφαρμογών στη φασματοσκοπία, την ατομική και μοριακή φυσική και τη μετρολογία. Ένα πλεονέκτημα του καλού σχεδιασμού στην εξωτερική κοιλότητα συντονισμού είναι ότι η ρύθμιση της συχνότητας εκπομπής μπορεί να είναι χωρίς mode-hop—δηλαδή, μπορούν να γίνουν ομαλές ρυθμίσεις μεταξύ των επιθυμητών μηκών κύματος, χωρίς ασυμπτωτικές και διασπαστικές αλλαγές βημάτων.

Λέιζερ με κωνικές διόδους
Τα κωνικά λέιζερ διόδου (ή κωνικοί ενισχυτές, κωνικά λέιζερ) είναι μια κατηγορία λέιζερ με κωνική κοιλότητα ενίσχυσης. Αυτά τα λέιζερ επιτυγχάνουν υψηλή απόδοση ισχύος, καλή ποιότητα δέσμης και υψηλή ηλεκτρική απόδοση. Αυτή η κωνική περιοχή είναι ευρύτερη στο άκρο εισόδου και σταδιακά στενεύει προς το άκρο εξόδου. Αυτή η κωνικότητα χρησιμεύει για την αύξηση του πλάτους της δέσμης και τη μείωση της οπτικής πυκνότητας στην περιοχή ενίσχυσης λέιζερ.

Το κωνικό τμήμα ενίσχυσης επιτρέπει αυξημένη περιοχή λειτουργίας, επιτρέποντας μεγαλύτερη εξαγωγή οπτικής ισχύος. Βοηθά επίσης στη βελτίωση της παραμόρφωσης της ποιότητας της δέσμης στην έξοδο. Η κωνικότητα αυξάνει επίσης την απόδοση της χρήσης της εφαρμοζόμενης ενέργειας της αντλίας. Ένα άλλο πλεονέκτημα του taper είναι η αύξηση του φάσματος απολαβής, επιτρέποντας ένα μεγαλύτερο εύρος μηκών κύματος στην έξοδο. Αυτή η δυνατότητα συντονισμού είναι ένα ιδιαίτερα πολύτιμο χαρακτηριστικό της κατηγορίας. Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται ευρέως στην επεξεργασία υλικών, στη χάραξη με λέιζερ και στην άντληση με λέιζερ (για λέιζερ αερίου υψηλής ισχύος και στερεάς κατάστασης). Η υψηλή τους ισχύς και η καλή ποιότητα δέσμης τα καθιστούν κατάλληλα για απαιτητικές εφαρμογές στις οποίες η ακρίβεια, η ταχύτητα και η ισχύς είναι απαραίτητες.

Λέιζερ υπερφωταύγειας διόδου (SLD).
Τα λέιζερ SLD (διόδου υπερφωταύγειας), γνωστά και ως πηγές ενισχυμένης αυτόματης εκπομπής (ASE), είναι ένας τύπος λέιζερ που συγχωνεύει ιδιότητες διόδων λέιζερ και LED. Παράγουν φως ευρέως φάσματος υψηλής έντασης, καθιστώντας τα κατάλληλα για συγκεκριμένες εφαρμογές στην απεικόνιση, την ανίχνευση οπτικών ινών και τις τηλεπικοινωνίες. Τα λέιζερ SLD παράγουν ασυνάρτητο φως μέσω ενισχυμένης αυθόρμητης εκπομπής. Αυτές οι συσκευές παράγουν ένα μεγάλο εύρος ζώνης φωτός, που κυμαίνεται από δεκάδες έως εκατοντάδες νανόμετρα, καθιστώντας τα SLD κατάλληλα για εφαρμογές που απαιτούν μεγάλο εύρος φάσματος ή απεικόνιση υψηλής ανάλυσης. Το SLD παρέχει πολύ φωτεινή έξοδο, η οποία είναι ένα μέτρο της οπτικής ισχύος ανά μονάδα σταθερής γωνίας και μοναδιαίου μήκους κύματος εύρους ζώνης. Η υψηλή φωτεινότητα προκύπτει από την ενισχυμένη αυθόρμητη εκπομπή και την οπτική ενίσχυση. Η έξοδος τους έχει μικρό μήκος συνοχής σε σύγκριση με τα συμβατικά λέιζερ. Αυτή είναι η απόσταση στην οποία τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα διατηρούν τη σχέση φάσης τους. Αυτό τα καθιστά κατάλληλα για εφαρμογές που απαιτούν παρεμβολές χαμηλής συνοχής ή απεικόνιση βάθους. Τα SLD χρησιμοποιούνται στην οπτική τομογραφία συνοχής (OCT), στην ανίχνευση οπτικών ινών, στη φασματοσκοπία, στη βιοϊατρική απεικόνιση, στην οπτική μετρολογία και στις οπτικές δοκιμές. Είναι ιδιαίτερα πολύτιμα σε συστήματα OCT για απεικόνιση υψηλής ανάλυσης βιολογικών ιστών και υλικών.

Λέιζερ διπλής ετεροδομής
Τα λέιζερ διπλής ετεροδομής (DH) είναι ένας κλάδος της οικογένειας διόδων λέιζερ που ενσωματώνει μια ετεροδομή που βελτιώνει την απόδοση της τεχνολογίας. Τα λέιζερ DH έχουν χαμηλότερο ρεύμα κατωφλίου, υψηλότερη απόδοση και αυξημένη ισχύ εξόδου, σε σύγκριση με την κοινή κατασκευή ομοσύνδεσης.

Τα λέιζερ DH συναρμολογούνται από δύο συνδέσεις pn που σχηματίζονται σε τρία στρώματα. Η ζώνη εξάντλησης (το κέντρο, στρώμα τύπου n) συνδέεται μεταξύ δύο στρωμάτων τύπου p με μεγαλύτερο διάκενο ζώνης. Αυτή η διαμόρφωση δημιουργεί αποτελεσματικό περιορισμό των φορέων και μια οπτική λειτουργία χωρίς διαρροές, αυξάνοντας την ηλεκτρική απόδοση και τη συνολική απόδοση. Ο αυξημένος περιορισμός του φορέα βοηθά στην αύξηση της πυκνότητας και του ανασυνδυασμού του φορέα, οδηγώντας σε υψηλότερο κέρδος και βελτιωμένη λειτουργική απόδοση στις περισσότερες πτυχές. Ένα δευτερεύον πλεονέκτημα είναι ότι η ετεροδομή προκαλεί οπτικό περιορισμό, ενισχύοντας την αλληλεπίδραση φωτός-ύλης. Το ρεύμα κατώτερου κατωφλίου προκύπτει από τη χαμηλότερη διαρροή του φορέα φόρτισης, επιτρέποντας στο λέιζερ να φτάσει το όριο για την έναρξη του lasing σε χαμηλότερα επίπεδα ρεύματος.

Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται ευρέως σε τηλεπικοινωνίες, συσκευές οπτικών δεδομένων, εκτύπωση λέιζερ και συστήματα μέτρησης με δυνατότητα λέιζερ. Είναι ιδιαίτερα πολύτιμα στις επικοινωνίες οπτικών ινών μεγάλων αποστάσεων στις οποίες η υψηλή απόδοση, τα ρεύματα χαμηλού κατωφλίου και η υψηλή απόδοση είναι ευεργετικά.

Λέιζερ διόδου κβαντικών πηγαδιών
Τα λέιζερ κβαντικών διόδων είναι μια οικογένεια συσκευών που περιέχουν κβαντικές καλές δομές που ενισχύουν τις οπτικές/ηλεκτρικές ιδιότητες. Επιτυγχάνουν χαμηλότερο ρεύμα κατωφλίου, υψηλότερη απόδοση ισχύος και βελτιωμένο έλεγχο μήκους κύματος, σε σχέση με πιο βασικές συσκευές. Αυτές οι συσκευές κατασκευάζονται από μια πολυεπίπεδη δομή από λεπτές γκοφρέτες ημιαγωγών με στενότερο διάκενο ζώνης, που περικλείονται σε υψηλότερα στρώματα διάκενου ζώνης. Το στρώμα του κβαντικού φρεατίου δημιουργεί μια περιοχή περιορισμού τόσο για τους φορείς όσο και για τα παραγόμενα φωτόνια, βελτιώνοντας την οπτική ενίσχυση. Ο περιορισμένος φορέας επιτυγχάνει υψηλότερη πυκνότητα στην περιοχή του κβαντικού φρεατίου, γεγονός που διευκολύνει τη βελτιωμένη χρήση φορέων για διεγερμένη εκπομπή, με αποτέλεσμα βελτιωμένη απόδοση μετατροπής ισχύος. Επιτρέπουν τον ακριβή έλεγχο του παραγόμενου μήκους κύματος, προσαρμόζοντας το πλάτος και τη σύνθεση του φρεατίου. Αυτό επιτρέπει στο μήκος κύματος εκπομπής να ρυθμίζεται με ακρίβεια στις απαιτητικές προδιαγραφές.

Τα λέιζερ κβαντικών διόδων είναι γνωστά για την έξοδο στενού εύρους γραμμής. Η καταστολή του ανταγωνισμού διαμήκους τρόπου λειτουργίας και ο μειωμένος οπτικός θόρυβος έχουν ως αποτέλεσμα καλύτερη συνοχή και στενότερη φασματική συμπεριφορά. Αυτή η μορφή συσκευής είναι ιδιαίτερα επωφελής στις τηλεπικοινωνίες, την αποθήκευση οπτικών δεδομένων, την εκτύπωση με λέιζερ και τα ιατρικά διαγνωστικά. Οι συμπαγείς και αποτελεσματικές πηγές ακτινοβολίας για επικοινωνίες με οπτικές ίνες είναι κρίσιμες για τις οπτικές ίνες υψηλού εύρους ζώνης και μεγάλων αποστάσεων.

Λέιζερ μονής διαμήκους λειτουργίας λέιζερ (SLM).
Τα λέιζερ μονής διαμήκους λειτουργίας (SLM) εκπέμπουν φως για να παράγουν μια ενιαία έξοδο συχνότητας ή μήκους κύματος με υψηλή συνοχή και στενό πλάτος γραμμής. Τα λέιζερ SLM εφαρμόζουν διάφορες τεχνικές, όπως στοιχεία επιλογής τρόπου λειτουργίας, μεθόδους σταθεροποίησης συχνότητας και βελτιστοποίηση σχεδίασης κοιλότητας για να επιτύχουν αυτήν την έξοδο μιας λειτουργίας. Η καταστολή των παρεμβαλλόμενων διαμήκων τρόπων λειτουργίας δημιουργεί μια εξαιρετικά συνεκτική έξοδο με ένα στενό φάσμα συχνοτήτων.

Τα λέιζερ SLM χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς όπως οι τηλεπικοινωνίες, η ανίχνευση οπτικών ινών, η μετρολογία, η φασματοσκοπία και η συμβολομετρία και ως ερευνητικά εργαλεία, λόγω της υψηλής συνοχής, του ακριβούς ελέγχου μήκους κύματος και του στενού εύρους γραμμής.

Διαζωνικά λέιζερ καταρράκτη
Τα διαζωνικά λέιζερ καταρράκτη (ICL) λειτουργούν στη διαζωνική μετάβαση μεταξύ διαφορετικών ηλεκτρονικών ζωνών εντός της ενεργού περιοχής. Παρέχουν αποτελεσματική και υψηλής απόδοσης λειτουργία στο φάσμα μήκους κύματος μεσαίου υπέρυθρου. Τα ICL επωφελούνται από τις μεταβάσεις μεταξύ ζωνών μεταξύ ενεργειακών ζωνών σε κάθε πλακίδιο, εκμεταλλευόμενες τις διαδοχικές μεταβάσεις μεταξύ πολλαπλών σταδίων/κβαντικών φρεατίων για την επίτευξη ενισχυμένου οπτικού κέρδους και εκπομπής λέιζερ. Τα συμβατικά λέιζερ διόδου βασίζονται σε πιο περιορισμένες μεταβάσεις εντός της ζώνης. Είναι συνήθως σχεδιασμένα για να παράγουν ακτινοβολία σε μήκη κύματος μεσαίου υπέρυθρου, μεταξύ 3 και 12 μικρομέτρων. Πολλαπλά στάδια κβαντικού φρεατίου συνδέονται ηλεκτρικά σε διαδοχική διαμόρφωση. Κάθε στάδιο συμμετέχει στη διαδικασία απολαβής, με αποτέλεσμα υψηλότερη οπτική ενίσχυση από τις συσκευές απλής σύνδεσης.

Τα ICL παρέχουν ένα ιδιαίτερα χαμηλό ρεύμα κατωφλίου για την έναρξη του lasing. Η υψηλότερη απόδοση μεταφοράς και αξιοποίησης του φορέα έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. Τα ICL εφαρμόζονται σε ανίχνευση αερίων, χημική ανάλυση, περιβαλλοντική παρακολούθηση, έλεγχο βιομηχανικών διεργασιών και οπτικές επικοινωνίες ελεύθερου χώρου. Η μεσαία υπέρυθρη ακτινοβολία είναι χρήσιμη για την ανίχνευση και τη μέτρηση συγκεκριμένων ρύπων.

Λέιζερ ετεροδομής χωριστού περιορισμού
Τα λέιζερ χωριστής ετεροδομής περιορισμού (SCH) χρησιμοποιούν σχεδιασμό ετεροδομής για τη βελτίωση των οπτικών και ηλεκτρικών ιδιοτήτων. Αυτό προσφέρει μειωμένες οπτικές απώλειες, βελτιωμένο περιορισμό του φορέα και βελτιωμένη συνολική απόδοση σε σύγκριση με τα κοινά λέιζερ ομοσύνδεσης. Τα λέιζερ SCH ενσωματώνουν πολλά πλακίδια με ποικίλα κενά ζώνης για να σχηματίσουν μια πιο σύνθετη ετεροδομή. Το στρώμα εξάντλησης καλύπτεται από ευρύτερα στρώματα διάκενου ζώνης. Αυτή η πολυπλοκότητα επιτρέπει βελτιωμένο περιορισμό τόσο των φορέων όσο και των οπτικών τρόπων λειτουργίας.

Ο βελτιωμένος περιορισμός και η μειωμένη οπτική διαρροή προκύπτουν από τα στρώματα επένδυσης που παγιδεύουν τόσο την οπτική δραστηριότητα όσο και τη δραστηριότητα του φορέα φορτίου εντός της ενεργού περιοχής. Η μειωμένη διαρροή φορέα συμβάλλει ιδιαίτερα στη βελτίωση του ρεύματος κατωφλίου και της ηλεκτρικής απόδοσης. Με τη σειρά του, αυτό βελτιώνει την απόδοση, σε σύγκριση με τα λέιζερ ομοσύνδεσης, βελτιώνοντας τη σταθερότητα της θερμοκρασίας, το υψηλότερο εύρος ζώνης διαμόρφωσης και τη μετατόπιση μήκους κύματος που εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Τα λέιζερ SCH είναι ιδιαίτερα χρήσιμα σε εφαρμογές που απαιτούν απόδοση και σταθερότητα θερμοκρασίας. Είναι κατάλληλα για γενικές εφαρμογές όπως τηλεπικοινωνίες, αποθήκευση οπτικών δεδομένων, εκτύπωση λέιζερ, οπτική ανίχνευση και έρευνα που βασίζεται σε λέιζερ, αλλά είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για πιο σκληρά περιβάλλοντα και συστήματα επικοινωνιών με οπτικές ίνες.

Κατανεμημένα λέιζερ ανακλαστήρα bragg (DBR).
Οι συσκευές κατανεμημένου ανακλαστήρα Bragg (DBR) είναι συσκευές που ενσωματώνουν έναν κατανεμημένο ανακλαστήρα Bragg ενσωματωμένο στην κοιλότητα ενίσχυσης. Αυτή η πτυχή επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο της εκπεμπόμενης συχνότητας και το στενό φιλτράρισμα για καλή φασματική καθαρότητα και επιλογή. Το πλέγμα Bragg αποτελείται από εναλλασσόμενα στρώματα υλικών υψηλού και χαμηλού δείκτη διάθλασης που λειτουργούν ως καθρέφτης επιλεκτικού μήκους κύματος. Αυτή η δομή αντανακλά το φως όλων των μη επιλεγμένων μηκών κύματος, ενώ επιτρέπει στην επιθυμητή ακτινοβολία να διαδοθεί μέσω της κοιλότητας ενίσχυσης. Αυτή η δομή παρέχει ακριβή επιλεκτικότητα μήκους κύματος και ρυθμίζοντας την περίοδο πλέγματος ή τα ζεύγη δείκτη διάθλασης, το εκπεμπόμενο μήκος κύματος μπορεί να συντονιστεί σε ένα εύρος. Αυτό διευκολύνει την προσαρμογή και τη συμβατότητα με μια σειρά εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων των συστημάτων πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος (WDM) και της οπτικής τομογραφίας συνοχής (OCT).

Τα λέιζερ DBR παρέχουν έξοδο στενού εύρους γραμμής ως αποτέλεσμα της κατανεμημένης ανάδρασης του πλέγματος Bragg. Το πλέγμα καταστέλλει ανεπιθύμητους διαμήκεις τρόπους λειτουργίας και έχει ως αποτέλεσμα μια εκπομπή μονού τρόπου στενού φασματικού πλάτους. Αυτές οι συσκευές παρέχουν ευεργετικές, υψηλές αναλογίες καταστολής πλευρικής λειτουργίας (HSMSR), οι οποίες αντιπροσωπεύουν τη διαφορά ισχύος μεταξύ της επιθυμητής λειτουργίας λέιζερ και των γειτονικών λειτουργιών, παρέχοντας ένα μέτρο επιλεκτικότητας, φασματικής καθαρότητας και στενού εύρους γραμμής.

Τα λέιζερ DBR χρησιμοποιούνται στις τηλεπικοινωνίες, την ανίχνευση οπτικών ινών, τη φασματοσκοπία, τη μετρολογία και την οπτική τομογραφία συνοχής. Χρησιμοποιούνται ως ακριβείς και σταθερές πηγές φωτός σε διάφορα συστήματα που απαιτούν συγκεκριμένα μήκη κύματος, στενά πλάτη γραμμών και υψηλή φασματική καθαρότητα.

Λέιζερ που εκπέμπουν επιφάνεια κάθετης-εξωτερικής κοιλότητας
Τα λέιζερ επιφανειακής εκπομπής κάθετης κοιλότητας (VECSELs) είναι ένας εξειδικευμένος τύπος συσκευής λέιζερ που συνδυάζει τα ευεργετικά χαρακτηριστικά τόσο των λέιζερ που εκπέμπουν επιφάνεια κάθετης κοιλότητας (VCSELs) όσο και των λέιζερ διόδων εξωτερικής κοιλότητας (ECDL). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μοναδικά χαρακτηριστικά, όπως υψηλή ισχύ εξόδου, δυνατότητα συντονισμού μήκους κύματος και εξαιρετική ποιότητα δέσμης.

Τα VECSEL έχουν την κοιλότητα λέιζερ τους κάθετα προσανατολισμένη, έτσι το φως εκπέμπεται κάθετα στην επιφάνεια του τσιπ. Αυτός ο κατακόρυφος σχεδιασμός επιτρέπει την αποτελεσματική απαγωγή θερμότητας και τον ακριβή έλεγχο της εκπεμπόμενης δέσμης. Η διαμόρφωση της εξωτερικής κοιλότητας τους είναι κατασκευασμένη από πρόσθετες ανακλαστικές επιφάνειες που τοποθετούνται έξω από τη δομή του τσιπ. Αυτό επιτρέπει τον έλεγχο του μήκους κύματος, τη διαμόρφωση δέσμης και την κλίμακα ισχύος. Τα VECSEL έχουν μεγαλύτερη ισχύ εξόδου από τα VCSEL επειδή η διαμόρφωση της εξωτερικής κοιλότητας βελτιώνει τη διάχυση θερμότητας. Η ακριβής δυνατότητα συντονισμού μήκους κύματος σε ένα ευρύ φάσμα φασμάτων επιτυγχάνεται αλλάζοντας τη θέση των εξωτερικών κατόπτρων κοιλότητας ή ρυθμίζοντας τη θερμοκρασία λειτουργίας της συσκευής. Μέσω της χρήσης εξωτερικής κοιλότητας σχεδιασμένης ακρίβειας, τα VECSEL επιτυγχάνουν απόδοση υψηλής ποιότητας χαμηλής γωνίας απόκλισης και ομοιόμορφο προφίλ δέσμης.

Τα VECSEL χρησιμοποιούνται στην επιστημονική έρευνα, την επεξεργασία υλικών, τα ιατρικά διαγνωστικά, την οπτική ανίχνευση και τις τηλεπικοινωνίες. Εξυπηρετούν εφαρμογές ακριβείας όπως φασματοσκοπία λέιζερ, ψύξη με λέιζερ και παγίδευση/χειρισμό ατόμων, αφαίρεση με λέιζερ και οπτικές επικοινωνίες υψηλής ταχύτητας δεδομένων.

Λέιζερ πολλαπλής διαμήκους λειτουργίας (MLM).
Τα λέιζερ πολλαπλής διαμήκους λειτουργίας (MLM) προσφέρουν την ασυνήθιστη ευκολία εκπομπής σε πολλές, στενές αλλά στενές ζώνες συχνοτήτων, σε ένα σχετικά ευρύ φάσμα. Οι διαμήκεις λειτουργίες στα λέιζερ MLM απέχουν στενά. Η απόσταση εξαρτάται από τη λειτουργική σχεδίαση της κοιλότητας συντονισμού, όπως το μήκος της και τον δείκτη διάθλασης του μέσου λέιζερ. Το ευρύ φάσμα εκπομπών τους οφείλεται στην παρουσία αυτών των πολλαπλών τρόπων λειτουργίας. Το φασματικό πλάτος και η κατανομή των τρόπων λειτουργίας προκύπτουν λόγω του σχεδιασμού κοιλότητας και διασταύρωσης και επίσης από τις συνθήκες λειτουργίας.

Τα λέιζερ MLM χρησιμοποιούνται στη φασματοσκοπία, τη μετρολογία, τη συμβολομετρία και τις τηλεπικοινωνίες. Ισχύουν ιδιαίτερα για την οπτική τομογραφία συνοχής (OCT), στην οποία είναι δυνατή η απεικόνιση υψηλής ανάλυσης, που προκύπτει από την παρεμβολή των πολλαπλών διαμήκων τρόπων λειτουργίας.

Εφαρμογή μηχανής λέιζερ διόδου

Πώς να συντηρήσετε τη μηχανή λέιζερ διόδου

Πώς λειτουργεί το διοδικό λέιζερ

Τα λέιζερ διόδου λειτουργούν διεγείροντας την εκπομπή φωτονίων σε μια διασταύρωση ημιαγωγών. Το υλικό ημιαγωγών έχει συγκεκριμένα ενεργειακά κενά ζωνών που ενεργοποιούν τη δημιουργία και την ενίσχυση συνεκτικού φωτός. Μια δίοδος αποτελείται από μια διασταύρωση pn. Η περιοχή τύπου n δημιουργεί περίσσεια αρνητικά φορτισμένων φορέων (ηλεκτρόνια) ενώ ο τύπος p δημιουργεί περίσσεια θετικά φορτισμένων φορέων (οπές). Η διασταύρωση σχηματίζει μια περιοχή εξάντλησης μεταξύ των δύο υλικών. Όταν μια τάση πόλωσης προς τα εμπρός (+ve στο p και -ve στο n υλικό) εφαρμόζεται κατά μήκος της διασταύρωσης, το ρεύμα ρέει. Αυτό αναγκάζει τους φορείς φορτίου να κινούνται κατά μήκος της διασταύρωσης. Ηλεκτρόνια από την περιοχή n και οπές από την περιοχή p εγχέονται στην περιοχή εξάντλησης. Αυτά συναντώνται και εξουδετερώνονται, απελευθερώνοντας ένα φωτόνιο για κάθε φόρτιση που ακυρώνεται.

Το λέιζερ διόδου έχει σχεδιαστεί με ανακλαστικές επιφάνειες στα άκρα, σχηματίζοντας μια «οπτική κοιλότητα». Τα φωτόνια αντανακλούν εσωτερικά και η οπτική ανάδραση ενισχύει τις διεγερμένες εκπομπές και οδηγεί σε στενής ζώνης, συνεκτικό φως. Η διεγερτική εκπομπή εμφανίζεται επίσης όταν ένα φωτόνιο αλληλεπιδρά με ένα διεγερμένο ηλεκτρόνιο, προκαλώντας το να εκπέμπει ένα άλλο φωτόνιο. Αυτά τα πρόσθετα φωτόνια είναι πανομοιότυπα με το φωτόνιο ενεργοποίησης, οδηγώντας σε ενίσχυση. Καθώς η διεγερμένη εκπομπή συνεχίζεται και τα φωτόνια αντανακλώνται μέσα στην κοιλότητα, η ένταση της ενέργειας λέιζερ αυξάνεται.