Ánh sáng trắng tự nhiên được tạo thành từ tất cả các màu VIBGYOR của quang phổ ánh sáng nhìn thấy, là một dải rộng có nhiều tần số khác nhau. Các đèn LED thông thường cung cấp một đầu ra ánh sáng thường bao gồm một màu, nhưng ngay cả ánh sáng đó cũng chứa sóng điện từ, bao phủ một dải tần số khá rộng. Hệ thống thấu kính hội tụ ánh sáng có tiêu cự cố định, nhưng tiêu cự cần thiết để hội tụ các bước sóng (màu) ánh sáng là khác nhau. Do đó, mỗi màu sẽ tập trung ở những điểm khác nhau, gây ra hiện tượng ‘sắc sai’. Các ánh sáng diode laser chỉ chứa một tần số duy nhất. Do đó, nó có thể được lấy nét ngay cả một hệ thống thấu kính đơn giản đến một điểm cực kỳ nhỏ. Không có sắc sai vì chỉ tồn tại một bước sóng, tất cả năng lượng từ nguồn sáng cũng được tập trung thành một điểm sáng rất nhỏ. LASER là từ viết tắt của Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation.

Quang sai màu

Cấu tạo Diode Laser

Hình trên cho thấy một cấu trúc đơn giản của một diode laser, tương tự như một điốt phát sáng (LED) . Nó sử dụng arsenide gali được pha tạp với các nguyên tố như selen, nhôm hoặc silicon để tạo ra loại P và loại N vật liệu bán dẫn . Trong khi một diode laser có thêm một lớp hoạt động của arsenide gali không pha tạp (nội tại) có độ dày chỉ vài nanomet, được kẹp giữa các lớp P và N, tạo ra hiệu quả Diode PIN (loại P-Loại nội tại-N) . Chính trong lớp này mà ánh sáng laser được tạo ra.

Cấu tạo Diode Laser

Diode Laser hoạt động như thế nào?

Mọi nguyên tử theo lý thuyết lượng tử, chỉ có thể cung cấp năng lượng trong một mức năng lượng rời rạc nhất định. Thông thường, các nguyên tử ở trạng thái năng lượng thấp nhất hoặc trạng thái cơ bản. Khi một nguồn năng lượng được cung cấp cho các nguyên tử ở trạng thái cơ bản có thể được kích thích để đi đến một trong những mức cao hơn. Quá trình này được gọi là quá trình hấp thụ. Sau khi ở mức đó trong một thời gian rất ngắn, nguyên tử trở về trạng thái cơ bản ban đầu, trong quá trình này phát ra một photon, Quá trình này được gọi là sự phát xạ tự phát. Hai quá trình này, hấp thụ và phát xạ tự phát, diễn ra trong một nguồn sáng thông thường.

“tự làm các dự án điện tử ”

Nguyên lý hoạt động của tia laser

Trong trường hợp nguyên tử, vẫn ở trạng thái kích thích, bị va đập bởi một photon bên ngoài có chính xác năng lượng cần thiết cho sự phát xạ tự phát, thì photon bên ngoài được tăng lên bằng năng lượng do nguyên tử bị kích thích từ bỏ, Hơn nữa, cả hai photon đều được giải phóng cùng trạng thái kích thích trong cùng một pha, Quá trình này, được gọi là phát xạ kích thích, là cơ bản cho hoạt động của tia laze (thể hiện trong hình trên). Trong quá trình này, chìa khóa là photon có cùng bước sóng với bước sóng của ánh sáng được phát ra.

Khuếch đại và đảo dân số

Khi các điều kiện thuận lợi được tạo ra cho sự phát xạ kích thích, ngày càng nhiều nguyên tử buộc phải phát ra các photon do đó bắt đầu phản ứng dây chuyền và giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ. Điều này dẫn đến sự tích tụ nhanh chóng của năng lượng phát ra một bước sóng cụ thể (ánh sáng đơn sắc), truyền đi một cách mạch lạc theo một hướng cụ thể, cố định. Quá trình này được gọi là khuếch đại bằng phát xạ kích thích.

Số lượng nguyên tử trong bất kỳ mức nào tại một thời điểm nhất định được gọi là dân số của mức đó. Thông thường, khi vật liệu không bị kích thích bên ngoài, dân số của mức thấp hơn hoặc trạng thái cơ bản lớn hơn của mức trên. Khi dân số của cấp trên vượt quá của cấp dưới, là một sự đảo ngược của tỷ lệ lấp đầy bình thường, quá trình này được gọi là đảo ngược dân số. Tình huống này là cần thiết cho một hành động laser. Đối với bất kỳ phát xạ kích thích nào.

Điều cần thiết là mức năng lượng cao hơn hoặc trạng thái ổn định đáp ứng phải có thời gian tồn tại lâu dài, nghĩa là các nguyên tử phải tạm dừng ở trạng thái ổn định đáp ứng nhiều thời gian hơn ở mức thấp hơn. Do đó, đối với tác động của tia laser, cơ chế bơm (kích thích với nguồn bên ngoài) phải từ một cơ chế như vậy, để duy trì một quần thể nguyên tử cao hơn ở mức năng lượng cao hơn so với ở mức thấp hơn.

Điều khiển Diode Laser

Diode laser hoạt động ở dòng điện cao hơn nhiều, thường lớn hơn khoảng 10 lần so với đèn LED bình thường. Hình dưới đây so sánh đồ thị sản lượng ánh sáng của đèn LED bình thường và của điốt laze. Trong đèn LED, công suất phát sáng tăng đều đặn khi tăng dòng điốt. Tuy nhiên, trong một diode laser, ánh sáng laser không được tạo ra cho đến khi mức dòng điện đạt đến mức ngưỡng khi phát xạ kích thích bắt đầu xảy ra. Dòng ngưỡng thường lớn hơn 80% dòng điện tối đa mà thiết bị sẽ vượt qua trước khi bị phá hủy! Vì lý do này, dòng điện qua diode laser phải được điều chỉnh cẩn thận.

So sánh giữa đèn LED

Một vấn đề khác là sự phát xạ của các photon phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ, diode đã được vận hành gần đến giới hạn của nó và do đó trở nên nóng hơn, do đó làm thay đổi lượng ánh sáng phát ra (photon) và dòng diode. Vào thời điểm diode laser hoạt động hiệu quả, nó đang hoạt động trên bờ vực của thảm họa! Nếu dòng điện giảm và giảm xuống dưới ngưỡng dòng điện, sự phát xạ kích thích chấm dứt chỉ còn quá nhiều dòng điện một chút và diode bị phá hủy.

Khi lớp hoạt động chứa đầy các photon dao động, một số (thường là khoảng 60%) ánh sáng thoát ra trong một chùm hẹp, phẳng từ rìa của chip diode. Như hình dưới đây, một số ánh sáng dư cũng thoát ra ở cạnh đối diện và được sử dụng để kích hoạt một diode quang , chuyển đổi ánh sáng trở lại thành dòng điện. Dòng điện này được sử dụng làm phản hồi tới mạch điều khiển diode tự động, để đo hoạt động trong diode laser và do đó, đảm bảo bằng cách kiểm soát dòng điện qua diode laser, dòng điện và đầu ra ánh sáng vẫn ở mức không đổi và an toàn.

Điều khiển Diode Laser

Các ứng dụng của Diode Laser

Mô-đun Diode Laser lý tưởng cho các ứng dụng như khoa học đời sống, công nghiệp hoặc thiết bị khoa học. Mô-đun Diode Laser có sẵn nhiều loại bước sóng, công suất phát hoặc hình dạng chùm.

Công suất thấp Laser được sử dụng ngày càng nhiều trong các ứng dụng quen thuộc bao gồm đầu đĩa CD và DVD và máy ghi âm, đầu đọc mã vạch, hệ thống an ninh, truyền thông quang học và dụng cụ phẫu thuật

Ứng dụng công nghiệp: Khắc, cắt, viết nguệch ngoạc, khoan, hàn, v.v.
Ứng dụng y tế loại bỏ các mô không mong muốn, chẩn đoán tế bào ung thư bằng cách sử dụng chất huỳnh quang, thuốc nha khoa. Nhìn chung, kết quả sử dụng tia laser tốt hơn so với kết quả sử dụng dao phẫu thuật.

Điốt Laser được sử dụng cho Viễn thông: Trong lĩnh vực viễn thông, điốt laser băng tần 1,3 μm và 1,55 μm được sử dụng làm nguồn sáng chính cho laser sợi silica có suy hao truyền dẫn trong băng tần ít hơn. Diode laser với dải tần khác nhau được sử dụng để bơm nguồn khuếch đại quang hoặc cho liên kết quang khoảng cách ngắn.

Vì vậy, đây là tất cả về Cấu tạo Diode Laser và công dụng của nó. Nếu bạn quan tâm đến xây dựng các dự án dựa trên đèn LED của riêng bạn, sau đó bạn có thể liên hệ với chúng tôi bằng cách đăng các truy vấn hoặc suy nghĩ đổi mới của bạn trong phần nhận xét bên dưới. Đây là một câu hỏi cho bạn, Chức năng của Diode Laser là gì?