เลเซอร์ไดโอดคืออะไร

เลเซอร์ไดโอดคืออะไร?

เลเซอร์ไดโอด (เซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้จุดเชื่อมต่อ pn ของเซมิคอนดักเตอร์เพื่อแปลงกระแสไฟฟ้าเป็นพลังงานแสงและสร้างเลเซอร์ เลเซอร์ไดโอดมีทิศทางและความตรงที่ยอดเยี่ยม เนื่องจากเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ควบคุมพลังงานได้ง่าย จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารด้วยแสง การรักษาพยาบาล การตรวจจับ การจัดเก็บข้อมูล การพักผ่อน และความบันเทิง หลักการพื้นฐานของมันคือการใช้แสงที่เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนและรูรวมตัวกันอีกครั้ง

เลเซอร์ไดโอดเรียกอีกอย่างว่า "เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์" "Laser" เป็นตัวย่อของ "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" ซึ่งหมายถึง "Stimulated emission of light amplification" แม้ว่าความยาวคลื่นของแสงธรรมชาติและไฟ LED จะคงที่ ความแตกต่างของเฟสก็ไม่คงที่และรูปคลื่นไม่สม่ำเสมอ เลเซอร์เป็นแสงที่ "สอดคล้องกัน" ซึ่งจะขยายความยาวคลื่นเฉพาะเท่านั้น แหล่งกำเนิดแสงที่เชื่อมโยงกันจะมีความแตกต่างของเฟสคงที่และรูปคลื่นที่สม่ำเสมอ และการรบกวนสามารถใช้เพื่อทำให้โฟกัสมีขนาดเล็กมาก (ไม่กี่อืม~) จึงสามารถนำไปใช้ในการใช้งานต่างๆ เช่น สวิตช์ออปติคัลและการปรับออปติคัล

ประวัติศาสตร์และการพัฒนา

ประวัติความเป็นมาของเลเซอร์ไดโอดเริ่มต้นขึ้นในปี 1917 เมื่ออัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ตั้งทฤษฎีเกี่ยวกับปรากฏการณ์ "การแผ่รังสีที่ถูกกระตุ้น" เป็นครั้งแรก ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำหรับเทคโนโลยีเลเซอร์ทั้งหมด ต่อมา จอห์น ฟอน นอยมันน์ ชาวเยอรมัน ได้บรรยายแนวคิดของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ในต้นฉบับที่ยังไม่ได้ตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2496 ในปี พ.ศ. 2500 ชาวอเมริกัน กอร์ดอน กูลด์ เสนอว่าการปล่อยรังสีกระตุ้นสามารถใช้เพื่อขยายแสงได้ และตั้งชื่อมันว่า "LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of การฉายรังสี)" ด้วยวิธีนี้ ขณะที่นักวิทยาศาสตร์จากหลายประเทศยังคงก้าวหน้าในการวิจัยเกี่ยวกับเลเซอร์ โครงสร้างการเชื่อมต่อระหว่างกันของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) จึงเกิดขึ้นในปี 1962 และเทคโนโลยีแสงที่สอดคล้องกันก็ได้รับการยืนยันจริง ๆ ในปีเดียวกันนั้น การสั่นของแสงที่มองเห็นได้ก็ประสบความสำเร็จเช่นกัน อย่างไรก็ตาม เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ในยุคนี้มีปัญหาเรื่องการสั่นอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิห้อง ในปี 1970 การค้นพบโครงสร้างเฮเทอโรคู่ทำให้การแกว่งอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิห้องเป็นไปได้ หลังจากทศวรรษ 1970 เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ

หลักการเปล่งแสงของเลเซอร์ไดโอด

เลเซอร์ไดโอดเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถปล่อยแสงเลเซอร์ที่ความยาวคลื่นเฉพาะได้ โครงสร้างพื้นฐานประกอบด้วยจุดเชื่อมต่อ pn ที่ประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p และเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n ชั้นแอคทีฟที่ปล่อยแสง และกระจกเคลือบที่สะท้อนแสง หลักการเปล่งแสงของเลเซอร์ไดโอดคือเมื่อกระแสไฟฟ้าไหล อิเล็กตรอนและรูจะกลับมารวมตัวกันอีกครั้ง และโฟตอนที่ปล่อยออกมาจะถูกขยายในชั้นแอคทีฟและสะท้อนกลับในตัวสะท้อนกลับเพื่อสร้างแสงเลเซอร์ ก่อนอื่นมาทำความเข้าใจโครงสร้างพื้นฐานและหลักการเปล่งแสงของ "เซมิคอนดักเตอร์เปล่งแสง" ที่ใช้ร่วมกันโดยเลเซอร์ไดโอดและ LED

โครงสร้างพื้นฐานและวัสดุของไดโอด

เซมิคอนดักเตอร์เป็นวัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าระหว่าง "ตัวนำ" ที่เป็นตัวนำไฟฟ้ากับ "ฉนวน (ไม่ใช่ตัวนำ)" ที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้ง่าย ตัวนำรวมถึงวัสดุโลหะ เช่น เหล็กและทอง และฉนวนรวมถึงวัสดุเช่น ยางและแก้ว เซมิคอนดักเตอร์สามารถควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าโดยการทำให้กระแสไฟฟ้าเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าหรือไม่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า นอกจากนี้ ในบางวิธีการใช้งาน ยังสามารถดำเนินการแปลงพลังงานระหว่างพลังงานแสงและพลังงานไฟฟ้าได้อีกด้วย

โดยปกติส่วนประกอบของไดโอดส่วนใหญ่จะทำจากซิลิคอน (Si) ซิลิคอน (Si) เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไปที่สุด ซิลิคอนมีอยู่ในธรรมชาติในรูปของ "ซิลิกา (SiO2: หินที่มีส่วนประกอบหลักคือซิลิคอนไดออกไซด์)" และเป็นวัสดุที่อุดมด้วยทรัพยากร มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์หลายชนิดเนื่องจากง่ายต่อการแปรรูป

ซิลิคอน (Si) ซึ่งเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เดิมทีเป็นฉนวนและแทบไม่มีอิเล็กตรอนอิสระเป็นตัวพา ดังนั้น ด้วยการเติมสิ่งเจือปนอื่นๆ ลงในซิลิคอน (Si) เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของตัวพาในซิลิคอน (Si) ค่าการนำไฟฟ้าจึงเพิ่มขึ้น เซมิคอนดักเตอร์ที่เพิ่มพาหะโดยการเพิ่มสิ่งเจือปนเช่นนี้เรียกว่า "เซมิคอนดักเตอร์ที่ไม่บริสุทธิ์" พาหะได้แก่อิเล็กตรอนอิสระและรูอิสระ ในหมู่พวกเขา เซมิคอนดักเตอร์ที่เพิ่มพาหะของอิเล็กตรอนอิสระเรียกว่า "เซมิคอนดักเตอร์ชนิด n" และเซมิคอนดักเตอร์ที่เพิ่มพาหะของรูอิสระเรียกว่า "เซมิคอนดักเตอร์ชนิด p"

* เซมิคอนดักเตอร์ชนิด p (+: บวก, เซมิคอนดักเตอร์ที่มีหลายรู), เซมิคอนดักเตอร์ชนิด n (-: ลบ, เซมิคอนดักเตอร์ที่มีอิเล็กตรอนจำนวนมาก)

องค์ประกอบของไดโอดคือโครงสร้างที่เชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p และเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n ซึ่งเรียกว่า "รอยต่อ pn" พินของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p เรียกว่า "แอโนด" และพินของเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n เรียกว่า "แคโทด" กระแสไหลจากขั้วบวกไปยังแคโทด

หลักการของการปล่อยแสงไดโอด

เมื่อแรงดันไปข้างหน้าถูกจ่ายให้กับองค์ประกอบจุดเชื่อมต่อ pn รู (บวก) และอิเล็กตรอน (ลบ) จะเคลื่อนไปทางจุดเชื่อมต่อและรวมกัน พลังงานส่วนเกินที่เกิดขึ้นในเวลานี้จะถูกแปลงเป็นพลังงานแสง จึงทำให้เกิดการแผ่รังสีแสง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "การปล่อยแสงแบบผสม"

ประเภทของเลเซอร์ไดโอด (เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์)

 

เลเซอร์ไดโอดสามารถจำแนกได้ตามทิศทางของแสงที่ปล่อยออกมา

Edge Emitting Laser (EEL): โครงสร้างที่ใช้พื้นผิวของเซมิคอนดักเตอร์เป็นตัวสะท้อนแสงเพื่อปล่อยแสงจากพื้นผิวของรอยแยก

Surface Emitting Laser (SEL): โครงสร้างที่ปล่อยแสงในแนวตั้งจากพื้นผิวของสารตั้งต้นเซมิคอนดักเตอร์

เลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวโพรงแนวตั้ง (VCSEL): ช่องเรโซแนนซ์แสงถูกสร้างขึ้นในทิศทางแนวตั้งของพื้นผิวซับสเตรตเซมิคอนดักเตอร์ และลำแสงเลเซอร์ที่ปล่อยออกมาจะตั้งฉากกับพื้นผิวซับสเตรต มีลักษณะของกระแสเกณฑ์ต่ำ การมอดูเลตความเร็วสูงด้วยกระแสต่ำ และความเสถียรของอุณหภูมิที่ดี และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารด้วยแสงและฟิลด์เซ็นเซอร์

เลเซอร์ไดโอดประเภทต่างๆ เหล่านี้มีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน และในปัจจุบันมีการใช้งานที่หลากหลายตามลักษณะเฉพาะของมัน

 

อายุการใช้งานของเลเซอร์ไดโอด

อายุการใช้งานเฉลี่ยของเลเซอร์ไดโอดขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมในการทำงาน (อุณหภูมิในการทำงาน กระแสไฟคงที่ สัญญาณรบกวนจากแหล่งจ่ายไฟ ฯลฯ) และโดยทั่วไปเชื่อกันว่าสามารถส่องสว่างอย่างต่อเนื่องได้ประมาณ 10,000 ชั่วโมงภายใต้สภาวะปกติ (อุณหภูมิกรณี 25 องศา ) หากอุณหภูมิในการทำงานสูงระหว่างการใช้งาน อายุการใช้งานจะสั้นลง และการคายประจุไฟฟ้าสถิต (ESD) ก็อาจทำให้เกิดความล้มเหลวได้เช่นกัน นอกจากนี้ ไฟกระชากและเสียงรบกวนที่เกิดจากแหล่งจ่ายไฟอาจทำให้องค์ประกอบเลเซอร์เสียหายได้

เพื่อที่จะใช้เลเซอร์ไดโอดเป็นเวลานาน มาตรการต่างๆ เช่น มาตรการกระจายความร้อน เช่น ตัวระบายความร้อน มาตรการป้องกันไฟฟ้าสถิตและป้องกันไฟกระชากที่เพียงพอ การใช้ตัวกรองสัญญาณรบกวน และการควบคุมเอาต์พุตให้เหลือน้อยที่สุดที่ต้องการสามารถขยายได้อย่างมีประสิทธิภาพ อายุการใช้งาน

แสงที่ปล่อยออกมาจากเลเซอร์มีความหนาแน่นของพลังงานสูง หากใช้ไม่ถูกต้องแม้เพียงเล็กน้อยก็อาจก่อให้เกิดอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ได้ซึ่งเป็นอันตรายอย่างยิ่ง ดังนั้นจึงต้องมีมาตรการด้านความปลอดภัยที่เพียงพอก่อนใช้งาน

ติดต่อเรา

ที่อยู่ของเรา

B-1507 คฤหาสน์ Ruiding,No.200 Zhenhua Rd,Xihu District

หมายเลขโทรศัพท์

0086 181 5840 0345

อีเมล

info@brandnew-china.com