แสงสีขาวธรรมชาติประกอบด้วยสี VIBGYOR ทั้งหมดของสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้ซึ่งเป็นย่านความถี่กว้างที่แตกต่างกัน LED ธรรมดาจะให้แสงที่ออกมามักประกอบด้วยสีเดียว แต่ถึงแม้แสงนั้นจะมีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งครอบคลุมย่านความถี่ค่อนข้างกว้าง ระบบเลนส์ที่เน้นแสงมีความยาวโฟกัสคงที่ แต่ทางยาวโฟกัสที่ต้องใช้ในการโฟกัสความยาวคลื่น (สี) ของแสงต่างกัน ดังนั้นแต่ละสีจะโฟกัสไปที่จุดต่างๆกันทำให้เกิด 'ความคลาดสี' แสงเลเซอร์ไดโอด มีความถี่เดียว ดังนั้นจึงสามารถโฟกัสได้โดยใช้ระบบเลนส์ธรรมดาไปยังจุดที่เล็กมาก ไม่มีความผิดเพี้ยนของสีเนื่องจากมีความยาวคลื่นเดียวและพลังงานทั้งหมดจากแหล่งกำเนิดแสงจะรวมตัวกันเป็นจุดเล็ก ๆ ของแสง LASER เป็นคำย่อของ Light Amplification โดยการกระตุ้นการแผ่รังสี
ความผิดปกติของสี
การก่อสร้างเลเซอร์ไดโอด
รูปด้านบนแสดงการสร้างไดโอดเลเซอร์แบบง่ายซึ่งคล้ายกับ ไดโอดเปล่งแสง (LED) . ใช้แกลเลียมอาร์เซไนด์ที่เจือด้วยองค์ประกอบเช่นซีลีเนียมอลูมิเนียมหรือซิลิกอนเพื่อผลิตชนิด P และชนิด N วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ . ในขณะที่ไดโอดเลเซอร์มีชั้นแกลเลียมอาร์เซไนด์ที่ยังไม่ได้เปิด (ภายใน) เพิ่มเติมซึ่งมีความหนาเพียงไม่กี่นาโนเมตรคั่นกลางระหว่างชั้น P และ N ทำให้เกิด PIN diode (ชนิด P-Intrinsic-N) . มันอยู่ในชั้นนี้ที่ผลิตแสงเลเซอร์
การก่อสร้างเลเซอร์ไดโอด
เลเซอร์ไดโอดทำงานอย่างไร
ทุกอะตอมตามทฤษฎีควอนตัมสามารถรวมพลังงานได้ภายในระดับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง โดยปกติอะตอมจะอยู่ในสถานะพลังงานต่ำสุดหรือสถานะพื้น เมื่อแหล่งพลังงานที่มอบให้กับอะตอมในสถานะพื้นดินอาจตื่นเต้นที่จะไปสู่ระดับที่สูงกว่าระดับหนึ่ง กระบวนการนี้เรียกว่าการดูดซึม หลังจากอยู่ในระดับนั้นเป็นระยะเวลาสั้น ๆ อะตอมจะกลับสู่สถานะพื้นเริ่มต้นโดยปล่อยโฟตอนออกมาในกระบวนการกระบวนการนี้เรียกว่าการปล่อยที่เกิดขึ้นเอง กระบวนการทั้งสองนี้การดูดซึมและการปล่อยออกมาเองเกิดขึ้นในแหล่งกำเนิดแสงธรรมดา
หลักการทำงานของเลเซอร์
ในกรณีที่อะตอมยังคงอยู่ในสถานะตื่นเต้นถูกชนโดยโฟตอนภายนอกซึ่งมีพลังงานที่จำเป็นสำหรับการปล่อยออกมาเองอย่างแม่นยำโฟตอนภายนอกจะเพิ่มขึ้นตามอะตอมที่ถูกกระตุ้นและโฟตอนทั้งสองจะถูกปล่อยออกจาก สภาวะตื่นเต้นเหมือนกันในระยะเดียวกันกระบวนการนี้เรียกว่าการปล่อยที่กระตุ้นเป็นพื้นฐานสำหรับการกระทำของเลเซอร์ (แสดงในรูปด้านบน) ในกระบวนการนี้กุญแจสำคัญคือโฟตอนที่มีความยาวคลื่นเท่ากันกับแสงที่จะปล่อยออกมา
การขยายและการผกผันของประชากร
เมื่อสภาวะที่เอื้ออำนวยถูกสร้างขึ้นสำหรับการปล่อยที่ถูกกระตุ้นอะตอมจำนวนมากขึ้นจะถูกบังคับให้ปล่อยโฟตอนจึงเริ่มปฏิกิริยาลูกโซ่และปล่อยพลังงานจำนวนมหาศาล สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดการสะสมพลังงานอย่างรวดเร็วในการเปล่งความยาวคลื่นหนึ่งความยาวคลื่น (แสงสีเดียว) โดยเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่แน่นอนและคงที่ กระบวนการนี้เรียกว่าการขยายโดยการปล่อยที่ถูกกระตุ้น
จำนวนอะตอมในระดับใด ๆ ในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ เรียกว่าประชากรของระดับนั้น โดยปกติเมื่อวัสดุไม่ได้รับความตื่นเต้นจากภายนอกประชากรของระดับล่างหรือสถานะพื้นดินจะมากกว่าระดับบน เมื่อจำนวนประชากรระดับบนสูงกว่าระดับล่างซึ่งเป็นการพลิกกลับของการเข้าพักตามปกติกระบวนการนี้เรียกว่าการผกผันของประชากร สถานการณ์นี้จำเป็นสำหรับการใช้เลเซอร์ สำหรับการปล่อยที่ถูกกระตุ้นใด ๆ
มีความจำเป็นที่ระดับพลังงานบนหรือพบสถานะเสถียรควรมีอายุการใช้งานยาวนานกล่าวคืออะตอมควรหยุดชั่วคราวที่สถานะเสถียรตามเวลานานกว่าที่ระดับล่าง ดังนั้นสำหรับการทำงานของเลเซอร์กลไกการสูบน้ำ (น่าตื่นเต้นกับแหล่งภายนอก) ควรเป็นเช่นนี้เพื่อรักษาจำนวนอะตอมที่สูงขึ้นในระดับพลังงานระดับบนเมื่อเทียบกับระดับที่ต่ำกว่า
จำเป็นที่ระดับพลังงานบนหรือพบสถานะเสถียรควรมีอายุการใช้งานยาวนานกล่าวคืออะตอมควรหยุดชั่วคราวที่สถานะเสถียรตามเวลามากกว่าที่ระดับต่ำกว่า ดังนั้นสำหรับการทำงานของเลเซอร์กลไกการสูบน้ำ (น่าตื่นเต้นกับแหล่งภายนอก) ควรเป็นเช่นนี้เพื่อรักษาประชากรของอะตอมในระดับพลังงานที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับระดับที่ต่ำกว่า
การควบคุมเลเซอร์ไดโอด
เลเซอร์ไดโอดทำงานที่กระแสไฟสูงกว่ามากโดยปกติจะสูงกว่า LED ทั่วไปประมาณ 10 เท่า รูปด้านล่างเปรียบเทียบกราฟของเอาต์พุตแสงของ LED ปกติและของไดโอดเลเซอร์ ใน LED เอาต์พุตแสงจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเมื่อกระแสไดโอดเพิ่มขึ้น ในไดโอดเลเซอร์อย่างไรก็ตามแสงเลเซอร์จะไม่เกิดขึ้นจนกว่าระดับปัจจุบันจะถึงระดับเกณฑ์เมื่อการปล่อยที่ถูกกระตุ้นเริ่มเกิดขึ้น โดยปกติกระแสเกณฑ์จะมากกว่า 80% ของกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่อุปกรณ์จะผ่านก่อนที่จะถูกทำลาย! ด้วยเหตุนี้กระแสไฟฟ้าผ่านไดโอดเลเซอร์จึงต้องได้รับการควบคุมอย่างรอบคอบ
เปรียบเทียบระหว่าง LED
ปัญหาอีกประการหนึ่งคือการปล่อยโฟตอนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นอย่างมากไดโอดกำลังทำงานใกล้ถึงขีด จำกัด แล้วจึงร้อนขึ้นดังนั้นจึงเปลี่ยนปริมาณแสงที่ปล่อยออกมา (โฟตอน) และกระแสของไดโอด เมื่อถึงเวลาที่เลเซอร์ไดโอดกำลังทำงานอย่างมีประสิทธิภาพก็กำลังดำเนินการในช่วงหายนะ! หากกระแสไฟฟ้าลดลงและต่ำกว่ากระแสเกณฑ์การปล่อยที่ถูกกระตุ้นจะหยุดจ่ายกระแสไฟฟ้ามากเกินไปและไดโอดจะถูกทำลาย
เนื่องจากชั้นที่ใช้งานอยู่เต็มไปด้วยโฟตอนที่กำลังสั่นแสงบางส่วน (โดยทั่วไปประมาณ 60%) จะหลบหนีในลำแสงแคบ ๆ จากขอบของชิปไดโอด ดังที่แสดงด้านล่างแสงที่เหลือบางส่วนยังหลุดรอดไปที่ขอบด้านตรงข้ามและใช้เพื่อ เปิดใช้งานโฟโตไดโอด ซึ่งจะแปลงแสงกลับเป็นกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้านี้ใช้เป็นข้อเสนอแนะสำหรับวงจรขับไดโอดอัตโนมัติเพื่อวัดกิจกรรมในไดโอดเลเซอร์ดังนั้นตรวจสอบให้แน่ใจโดยการควบคุมกระแสผ่านไดโอดเลเซอร์เพื่อให้กระแสและเอาต์พุตแสงยังคงอยู่ในระดับคงที่และปลอดภัย
การควบคุมเลเซอร์ไดโอด
การใช้งานเลเซอร์ไดโอด
โมดูลเลเซอร์ไดโอดเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานเช่นวิทยาศาสตร์ชีวภาพเครื่องมืออุตสาหกรรมหรือวิทยาศาสตร์ โมดูลเลเซอร์ไดโอดมีอยู่ในความยาวคลื่นกำลังขับหรือรูปทรงลำแสงที่หลากหลาย
เลเซอร์พลังงานต่ำถูกนำมาใช้ในแอพพลิเคชั่นที่คุ้นเคยจำนวนมากขึ้นรวมถึงเครื่องเล่นและเครื่องบันทึกซีดีและดีวีดีเครื่องอ่านบาร์โค้ดระบบรักษาความปลอดภัยการสื่อสารด้วยแสงและเครื่องมือผ่าตัด
การใช้งานในอุตสาหกรรม: แกะสลัก, ตัด, เขียน, เจาะ, เชื่อม ฯลฯ
การใช้งานทางการแพทย์ขจัดเนื้อเยื่อที่ไม่ต้องการการวินิจฉัยเซลล์มะเร็งโดยใช้สารเรืองแสงยาทันตกรรม โดยทั่วไปผลลัพธ์ที่ใช้เลเซอร์จะดีกว่าผลลัพธ์โดยใช้มีดผ่าตัด
เลเซอร์ไดโอดที่ใช้สำหรับโทรคมนาคม: ในสาขาโทรคมนาคม 1.3 μmและ 1.55 μm band laser diodes ที่ใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงหลักสำหรับเลเซอร์ใยซิลิกามีการสูญเสียการส่งผ่านน้อยกว่าในแถบ เลเซอร์ไดโอดที่มีแถบต่างกันใช้สำหรับการสูบจ่ายแหล่งกำเนิดสำหรับการขยายสัญญาณออปติคอลหรือสำหรับการเชื่อมต่อด้วยแสงระยะสั้น
ดังนั้นทั้งหมดนี้เป็นข้อมูลเกี่ยวกับ โครงสร้างเลเซอร์ไดโอด และการใช้งาน หากคุณสนใจ สร้างโครงการที่ใช้ LED ด้วยตัวคุณเองจากนั้นคุณสามารถติดต่อเราได้โดยโพสต์คำถามหรือความคิดสร้างสรรค์ของคุณในส่วนความคิดเห็นด้านล่างนี่คือคำถามสำหรับคุณ เลเซอร์ไดโอดมีหน้าที่อะไร?
