کاربرد دیود لیزری چیست؟ + انواع و ساختار آن

دیود لیزری چیست؟

دیود لیزری یک دستگاه اتصال PN مبتنی بر نیمه‌هادی است که انرژی الکتریکی را به انرژی نوری تبدیل می‌کند. ساختار دیود لیزری شامل لایه‌های نیمه‌هادی است که با استفاده از اصول انتشار تحریک‌شده، نور منسجم و تک‌رنگ تولید می‌کنند.

روش کار دیود لیزری به این صورت است که فوتون‌های فرودی به اتم‌های نیمه‌رسانا برخورد می‌کنند و باعث تولید فوتون‌های جدید می‌شوند که با هم هماهنگ و با شدت بالا به بیرون تابش می‌کنند. این نور در سیستم‌های ارتباطی فیبر نوری با سرعت بالا، چاپ لیزری، اسکن و دیگر کاربردهای فناوری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اگر با دیود و کاربرد آن آشنا نیستید به شما پیشنهاد می‌کنیم مقاله انواع دیود را مطالعه کنید.

بررسی ساختار دیود لیزری

لیزرهای دیودی قدرتمند، از لایه‌های نیمه‌هادی متعددی تشکیل شده‌اند که با آرایشی دقیق، نور لیزر را تولید می‌کنند. اجزای اصلی و لایه‌های تشکیل دهنده دیود لیزری به شرح زیر است:

نکات کلیدی در ساختار دیود لیزری

راز کارایی لیزرهای دیودی در ساختار همجنس‌گرا، لایه ذاتی، پوشش نیمه‌بازتابنده، عدسی متمرکز کننده و محفظه فلزی به شرح زیر نهفته است:

• همجنس‌گرا بودن: هر سه لایه از یک ماده نیمه‌رسانای پایه (GaAs) ساخته شده‌اند که به این ساختار، ویژگی همجنس‌گرا می‌بخشد.
• لایه ذاتی و افزایش نوترکیبی: طراحی خاص لایه ذاتی، با افزایش عرض ناحیه اتصال PN، احتمال ملاقات و نوترکیبی الکترون‌ها و حفره‌ها را افزایش می‌دهد. این نوترکیبی‌ها منجربه تولید فوتون‌های نور می‌شود.
• پوشش نیمه‌بازتابنده ناحیه فعال: برای جمع‌آوری فوتون‌های تولید شده و هدایت آن‌ها در یک راستا، ناحیه فعال دیود با مواد نیمه‌بازتابنده پوشانده می‌شود. این امر به تقویت نور لیزر کمک می‌کند.
• عدسی متمرکز کننده: نور لیزر خروجی از دیود، توسط یک عدسی کوچک متمرکز است و به یک پرتو باریک و پرقدرت تبدیل می‌شود.
• محفظه فلزی: مجموعه این ساختار ظریف و حساس، در یک محفظه فلزی محافظت می‌شود که فقط دهانه‌ای کوچک برای خروج پرتو لیزر در آن تعبیه شده است.

این ساختار دقیق و هوشمندانه، راز کارایی و توانمندی لیزرهای دیودی در تولید نور لیزر با ویژگی‌های منحصربه‌فرد است.

در مقاله کاربرد دیود زنر با این دیود آشنا شوید.

انواع دیود لیزری

انواع دیود لیزری در مدل‌های ساختار ناهمسان، چاه کوانتومی، ناهم ساختار محبوس جداگانه، ساطع کننده سطح حفره عمودی هستند که هرکدام کاربردهای خاصی دارند. در ادامه به بررسی انواع دیود لیزری می‌پردازیم.

دیود لیزر دو ساختار ناهمسان

دیود لیزری با ساختار ناهمسان (هترو ساختار) مجهز به لایه‌های میانی از مواد مختلف است که بین لایه‌های نوع P و N قرار گرفته‌اند. این نوع دیود لیزری به دلیل وجود دو اتصال هترو (Heterojunctions) در دو طرف، نور متمرکز و با شدت بالا تولید می‌کند.

در این ساختار، لایه ذاتی نازک‌تر از لایه‌های فعال است که باعث تقویت بیشتر نور و کاهش اتلاف انرژی می‌شود. کاربرد دیود لیزری با ساختار ناهمسان به ویژه در فناوری‌های ارتباطی، لیزرهای نوری و سیستم‌های بارکدخوان بسیار گسترده است. این دیود به دلیل بازده بالای خود در تولید نور استفاده می‌شود.

دیود لیزر چاه کوانتومی

در دیود لیزری چاه کوانتومی، لایه ذاتی به قدری نازک است که باعث محصور شدن کوانتومی می‌شود. در این ساختار، طول موج نور ساطع شده به عرض ناحیه فعال بستگی دارد. به دلیل نازک بودن لایه، طول موج ساطع شده کوتاه‌تر از دیود لیزری معمولی است.

این ویژگی باعث می‌شود که چاه کوانتومی در بازده نور بالاتر از دیود لیزری معمولی عمل کند. این نوع دیود لیزری در کاربردهایی مانند لیزرهای نیمه‌رسانا، میکروسکوپ‌ها و سنسورها استفاده می‌شود؛ زیرا قادر است شدت نور بالا با بازده بالایی تولید کند.

دیود لیزر ناهم ساختار محبوس جداگانه

دیود لیزری ناهم ساختار محبوس جداگانه از لایه‌های اضافی با ضریب شکست پایین‌تر برای محدود کردن نور استفاده می‌کند. این لایه‌ها در اطراف منطقه فعال قرار دارند و به عنوان موجبر عمل می‌کنند. با این طراحی، نور ساطع‌شده به‌طور مؤثرتری محدود شده و بهره نوری بالاتری حاصل می‌شود.

این نوع دیود لیزری در کاربردهایی که نیاز به بهره نوری بالا دارند، مانند ارتباطات نوری، بارکدخوان‌ها و سیستم‌های اندازه‌گیری دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد. ساختار منحصر به فرد آن باعث افزایش کارایی و تولید نور با کیفیت بالا می‌شود.

دیود لیزری ساطع کننده سطح حفره عمودی

دیود لیزری ساطع‌کننده سطح حفره عمودی (VCSEL) یک دیود لیزری است که نور را از سطح بالای خود به‌جای از لبه‌های دیود ساطع می‌کند. در این نوع دیود، حفره نوری به‌طور عمودی نسبت به جریان طراحی شده است. این ویژگی باعث می‌شود که لیزر به‌راحتی در طول مراحل تولید آزمایش شود که در مقایسه با دیگر دیودهای لیزری از جمله لیزرهای لبه‌ای، مزیت‌های بسیاری دارد. کاربردهای دیود VCSEL در ارتباطات نوری، حسگرهای 3D و سیستم‌های لیزری بسیار گسترده است.

اگر نمی‌دانید چطور باید دیود را تست کرد در مقاله تست دیود با مولتی متر این کار را یاد بگیرید.

کاربردهای لیزر دیودی در صنعت پزشکی و الکترونیک

دیود لیزری در صنایع پزشکی و الکترونیک کاربردهای گسترده‌ای دارد. در پزشکی، این دیودها برای جراحی‌های لیزری، درمان‌های پوستی، و آزمایش‌های تشخیصی استفاده می‌شوند، چرا که نور متمرکز و با شدت بالا دقت بالایی را در درمان فراهم می‌کند.

در الکترونیک، کاربرد دیود لیزری شامل ارتباطات فیبر نوری، سیستم‌های بارکدخوان و چاپ لیزری است. ساختار دیود لیزری شامل مواد نیمه‌هادی است که انرژی الکتریکی را به نور تبدیل می‌کند. روش کار دیود لیزری بر اساس انتشار تحریک‌شده نور است که منجر به تولید نور تک‌رنگ و منسجم می‌شود.

انواع ترانسفورماتور بسته به کاربردهای مختلف، ویژگی‌ها و عملکرد متفاوتی دارند. برای اطلاعات بیشتر، مقاله انواع ترانسفورماتور را بخوانید.

مزایا و معایب لیزر دیودی

انواع لیزر دیودی مزایای بسیاری دارند که باعث شده کاربرد لیزر دیودی بسیار گسترده باشد. در ادامه به بررسی مزایا و معایب لیزر دیودی می‌پردازیم.

مزایای دیود لیزری:

• مصرف برق پایین دارد.
• کارایی و قابلیت اطمینان بسیار بالا دارد.
• طول عمر بیشتری دارد.
• ارزان تر و تولید آن آسان تر است.
• اندازه کوچک و طراحی جمع و جور دارد.

معایب دیود لیزری:

• در عملکرد، تحت تاثیر محیط قرار می‌گیرد.
• ممکن است روی دستگاه‌های دیگر تاثیر منفی بگذارد و تا حدی آسیب به دستگاه وارد کند.
• نیاز به سیستم خنک کننده دارد.
• کارکرد آنها در دمای بالا محدود است.
• پرتو لیزری LED ها گاهی به چشم آسیب می‌زنند.

با توجه به مزایای چشمگیر لیزر دیودی از جمله مصرف کم، کارایی بالا و قیمت مناسب، این نوع لیزر به انتخابی ایده‌آل در بسیاری از کاربردها تبدیل شده است. با در نظر گرفتن معایب محدود و مدیریت آن‌ها، می‌توان از پتانسیل بالای لیزرهای دیودی به نحو موثری بهره برد.

دیود لیزری عامل تولید نور منسجم تک رنگ در بردهای الکتریکی

دیود لیزری یکی از اجزای حیاتی در بردهای الکتریکی است که برای تولید نور منسجم و تک‌رنگ استفاده می‌شود. ساختار این دیودها از لایه‌های نیمه‌هادی تشکیل شده است که انرژی الکتریکی را به نور تبدیل می‌کند. روش کار دیود لیزری بر پایه انتشار تحریک‌شده فوتون‌ها است که نور با فرکانس ثابت و پهنای باند باریک تولید می‌کند.

این ویژگی‌ها آن را برای استفاده در سیستم‌های ارتباطی فیبر نوری، حسگرها، دستگاه‌های بارکدخوان و بسیاری از کاربردهای دیگر مناسب می‌سازد. دیود لیزری با بازده بالا و نور متمرکز، نقش مهمی در بهبود عملکرد بردهای الکتریکی دارد.