Co czyni diodę diodą laserową?

20

Ankieta na wysokim poziomie tego pytania jest w porządku:

Po przeczytaniu https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_diode nadal nie mogę stwierdzić, czy elektronika, która umożliwia laserze diody, różni się od tych, które umożliwiają jej emitowanie światła. Ogólnie rzecz biorąc, czy dioda laserowa jest diodą LED oraz jakimś rezonatorem optycznym lub wnęką?

Czy też jakieś diody laserowe same w sobie różnią się elektronicznie od diod nielaserowych, co oznacza, że ​​nie wyglądają jak diody LED i mają dodatkową strukturę fizyczną, która pozwala im działać jak laser?

led components laser-diode mączka
źródło
Czy wiesz, co czyni światło laserem?
Eugene Sh.
Pomyśl o tym. Diody LED już emitują prawie czyste kolory światła. Dioda „laserowa” emituje ultra czysty kolor światła. Czy zastanawiałeś się nad terminem „Laser laserowy”?
Sparky256
17
@ Sparky256 - Tak, ten termin znajduje się w mojej historii wyszukiwania. Dziękuję również za sugestię, że „pomyślę o tym”. To było bardzo pomocne, zamierzam zastosować to do moich pytań w przyszłości!
footwet
2
@EugeneSh. - Nie, ale znam cechy światła laserowego.
footwet

Odpowiedzi:

24

Nadal nie wiem, czy elektronika umożliwiająca diodę lasera różni się od tych, które umożliwiają jej emitowanie światła

To nie elektronika, to wnęka optyczna.

Jeśli sygnał optyczny jest przekazywany z powrotem przez środek wzmacniający (złącze PN) tak, że strata w obie strony nie jest większa niż wzmocnienie w obie strony, „LED” zacznie laserować.

Wnęka diody laserowej może być utworzona przez odcięte ścianki na powierzchni chipa, odbłyśniki Bragga wzorowane na chipie, a nawet zewnętrzne soczewki i / lub lustra.

Zasadniczo urządzenie zaprojektowane jako dioda laserowa będzie również zawierało na chipie strukturę falowodu (i zachodzi na złącze), aby ułatwić niską stratę podczas podróży w obie strony, podczas gdy urządzenie zaprojektowane jako LED nie będzie miało żadnej wyraźnej struktury falowodu, chociaż istnieją także coś takiego jak dioda LED wnęki rezonansowej (RCLED).

The Photon
źródło
Ciekawy. Nie mogę stwierdzić z szybkiego wyszukiwania, co wyróżnia RCLED: czy zasadniczo są to diody laserowe działające poniżej progu laserowego? A może wytwarzają niektóre, ale nie wszystkie cechy światła laserowego?
footwet
1
Istnieje kategoria diod LED „Wysoka wydajność”. Leży płasko i jest okrągły jak małe ciasteczko Oreo, emitujące światło ze wszystkich stron. Leży w misce ze złotą podszewką, która odbija całe światło do obiektywu. Obiektyw określa theta lub kąt widzenia.
Sparky256
1
Ponadto: diody laserowe, gdy zostaną przeciążone do punktu, w którym ta struktura wnęki optycznej jest zniszczona, nadal działają jak zwykłe diody LED!
rackandboneman
1
@rackandboneman lub oczywiście poniżej progu. Wiele tanich starzeje się również bez przeciążania, dopóki nie przestaną laserować.
Chris H
1
Mój ograniczony odczyt wskazuje, że RCLED wyróżniają się znacznie węższym spektrum emisji w porównaniu do normalnych diod LED - ale potem jestem spektroskopistą, więc zwykle widzę rzeczy z tej strony. Interesujące jest to, że nie ma angielskiego artykułu w Wikipedii, a niemiecki to tylko skrót.
Chris H
4

LED: Napięcie na diodzie podnosi wolne elektrony w poprzek pasma wzbronionego na wyższy poziom. Emitują światło, gdy opadają na niższy poziom. Ze względu na zasady mechaniki kwantowej, gdy dzieje się to spontanicznie, jest losowa, jeśli nie zostaną podjęte żadne inne środki. Stopnie swobody w diodzie LED pozwalają na zmianę długości fali (częstotliwości) i punktu w czasie. Zatem emitowane fotony są „niespójne”.

LASER: Stopnie swobody fotonów są usuwane. Wnęka optyczna dopuszcza tylko jedną (lub bardzo niewielką) długość fali (czynniki długości rezonatora). A wcześniej emitowane fotony „przechodzące” stymulują emisję nowego fotonu. Dlatego większość fotonów ma tę samą fazę i częstotliwość. Są „spójne”.

Mimo że dioda LED ma już bardzo małą zmienną długość fali, optyka LASER zmniejsza tę zmienność. Przeciw intuicyjny aspekt LASERA pochodzi z mechaniki kwantowej. Możesz pomyśleć, że foton jest emitowany spontanicznie, a następnie rezonuje, jeśli ma odpowiednią długość fali pasującą do geometrii rezonatora. Jednak z powodu mechaniki kwantowej geometria LASERA (diody) sprawia, że ​​jest bardzo mało prawdopodobne, aby foton był emitowany spontanicznie lub na innej długości fali.

Joachim
źródło
1
Moje zamieszanie pojawia się w ostatnim akapicie: Czy coś jest w samym złączu pn w laserze diodowym? To znaczy, czy bodziec dla obu diod jest spontaniczna emisja fotonu, a w laserze geometria zbudowana wokół tego połączenia wzmacnia te spontaniczne emisje do tego stopnia, że ​​przeważająca większość fotonów jest emitowana przez stymulację? A może samo złącze w diodzie laserowej różni się w sposób, który ogranicza liczbę i / lub długość fali spontanicznie emitowanych fotonów, nawet poniżej progu lasera ?
footwet
Po włączeniu diody laserowej początkowo nie ma fotonów, które mogłyby stymulować emisję. Tak więc na początku zdarzają się spontaniczne emisje. Następnie poruszają się one w przód iw tył we wnęce optycznej i stymulują emisję większej liczby fotonów, a stymulowana emisja szybko zaczyna dominować.
Joachim
W dalszej kolejności: stymulacja emisji może nie stać się „dominująca”. Spontaniczne emisje będą nadal występować, ale celem jest wysoki procent stymulacji, ponieważ określa to wydajność diody laserowej.
Joachim
1
Nadal jestem niejasny w kwestii wyjaśnienia wymaganego w moim pierwszym komentarzu: Brzmi to tak, jakbyś powiedział: „Tak, rdzeń diody laserowej jest (lub może być) złączem pn jak każda inna dioda emitująca światło, która działa spontaniczna emisja. To, co czyni diodę laserem, to dodatkowe funkcje sprzętowe (które nazywamy wnęką optyczną ), które pozwalają tym spontanicznym fotonom stymulować więcej fotonów. ” Czy to prawda? A może dioda laserowa to po prostu elektrycznie pompowana wnęka optyczna, która zdarza się, że spontanicznie wytwarza niektóre fotony, a zatem zasadniczo różni się od „wspólnej” diody LED?
footwet
Laser działa na zasadzie emisji wymuszonej, a nie emisji spontanicznej. Możesz zajrzeć na: learnabout-electronics.org/Semiconductors/diodes_26.php
Joachim
3

Laser diodowy to dioda LED we wnęce optycznej.

Lasery diodowe są dość fajne, ponieważ „naruszają” kilka zasad lasera:

  1. Wzmocnienie półprzewodników jest tak duże, że nawet jeśli promień ścianek tworzących wnękę jest naprawdę wysoki (tj. Zasadniczo płaski), to nadal lasera. (Równanie lasera przewiduje, że nieskończone wzmocnienie jest konieczne do lasera pary płaskich powierzchni)!

  2. Istnieje dowód, że co najmniej trzy poziomy energii są potrzebne do pompowania medium do lasera, ale lasery półprzewodnikowe mają tylko dwa (ponieważ nie są pompowane optycznie, ale pompowane elektrycznie).

użytkownik1512321
źródło
Odnośnie # 2: Byłoby dokładne powiedzieć, że lasery diodowe są „optycznie własnym -pumped”? Jeśli to rozumiem: stymulowane emisje są „stymulowane” przez fotony z samej diody LED, prawda?
footwet
Czy masz jakieś źródła?
Peter Mortensen
Zamiast pompowanych optycznie są one pompowane elektrycznie. „Pompowanie” to proces podnoszenia elektronów nad pasmem pasmowym, z którego następnie mogą spaść i emitować fotony.
Joachim,
@ Joachim Poprawiono, aby powiedzieć, że są pompowane elektrycznie.
user1512321
1
@feetwet We wszystkich laserach musi być emitowana „stymulacja”; to jest fotony zrzucające podekscytowane fotony. Mam tu na myśli „pompowanie” procesu wprowadzania elektronów w stan wzbudzony. Aby laser mógł laserować, istnieje kilka warunków, jednym z nich jest to, że ośrodek wzmocnienia jest tak pompowany, że jest więcej elektronów wzbudzonych niż elektronów o niższym stanie - odwrócenie populacji - w przeciwnym razie pochłonęłoby więcej fotonów wprowadzając elektrony w wyższe stany niż pobudzając więcej fotonów.
user1512321
0

Aby dioda LED mogła zostać uznana za diodę „laserową”, jej konstrukcja musi być taka, aby pewna ilość wytwarzanego przez nią światła musiała zostać odbita z powrotem na siebie za pomocą środków optycznych (lub elektrycznych), tak aby nowo utworzone (poprzez stymulację) ) fotony są „w kroku” z poprzednimi, tworząc w ten sposób spójną wiązkę fotonów.
Spotkanie S timulated E Misją R wymogu adiation, jest to, co sprawia, że laser !

Guill
źródło