Diodo Laser

Definição: Um dispositivo semicondutor que gera luz coerente de alta intensidade é conhecido como diodo laser. LASER é uma abreviação para euight UMAmultiplicação por Stimulado Emissão de Radiação. Emissão estimulada é a base do trabalho de um diodo laser.

O diodo laser é semelhante ao LED, no entanto, diferentesdo LED, a junção PN do diodo laser produz radiação coerente. Radiação coerente significa que as ondas de luz geradas pelo dispositivo têm a mesma frequência e fase.

Construção de diodo laser

A figura abaixo mostra a construção básica de um diodo laser:

É formado por dopagem de alumínio ou silício paramaterial de arsenieto de gálio, a fim de gerar n tipo e camada de tipo p. Junto com isso, uma camada ativa adicional de GaAs não dopados é colocada entre as duas camadas.

A espessura dessa camada ativa é de poucosnanômetros. O objetivo de prensar essa camada entre as camadas p e n é aumentar a área de combinação de elétrons e furos. Resultantemente aumentando a radiação emitida. A saída do laser é retirada da região ativa do diodo laser.

Em diodos de laser, polimento nas duas extremidades dojunção é feita a fim de fornecer uma superfície espelhada. Através da reflexão desta superfície, mais elétrons e pares de furos são produzidos. Resultantly que produz mais radiação através do dispositivo.

Trabalho de diodo laser

O funcionamento de um díodo laser envolve 3 processos: absorção, emissão espontânea e emissão estimulada.

Vamos primeiro entender o processo de absorção.

Considere 2 níveis de energia E₁ e E₂. Por simplicidade, vamos supor que E₁ é o nível de energia mais baixo e E₂ é o nível de energia mais alto.

Inicialmente, assume-se que o átomo está no estado de energia inferior, ou seja, E₁. Para ter a transição de um nível de energia mais baixo para um mais alto, o átomo precisa superar a diferença de energia entre os dois níveis, dada por, E₂ - E₁.

Então, algum estímulo externo é fornecido aoátomo presente no estado fundamental. Assim, uma onda eletromagnética de freqüência ν é fornecida ao átomo no nível do solo. Esta onda fornece energia suficiente ao elétron para compensar a diferença de energia e ter a transição de E₁ dedo do pé₂. Este processo é conhecido como absorção.

Indo mais longe, agora, entenda o processo de emissão espontânea.

Devido à absorção, o átomo está presente no nível de energia E₂. Então, como a vida útil do átomo expira agoravolta ao nível do solo a partir do nível de energia mais alto. Ao voltar ao nível do solo, o átomo emite a diferença de energia dos dois níveis de energia, ou seja, E₂ - E₁.

Essa energia é emitida pelo átomo na forma de onda eletromagnética, gerando um fóton de energia. Este processo é denominado emissão espontânea.

Este fenômeno de emissão de radiação é geralmente visto em dispositivos optoeletrônicos como o LED.

Vamos agora entender o processo de emissão estimulada

Suponha que após a absorção, o átomo esteja presenteo nível de energia mais alto antes do esgotamento de sua vida útil. Assim, uma onda eletromagnética de freqüência igual à freqüência do átomo emitido espontaneamente é fornecida ao átomo.

Isso faz com que o átomo realize uma transição de E2 para E1. Agora, desta vez o átomo irá liberar a energia de dois fótons nessa transição.

Como incorporamos todo o conjunto de junção com um espelho parcialmente refletivo. Assim, isso causará o movimento para frente e para trás do átomo. Resultantly, isso irá gerar mais fótons.

Assim que o limiar é alcançado, os fótons escapam da superfície do espelho, uma radiação coerente e brilhante é emitida pelo dispositivo.

Como no momento da emissão estimulada estamosfornecendo uma energia de fótons para o átomo. Assim, os fótons emitidos estarão na mesma fase dos fótons incidentes. Assim, gerando uma luz brilhante monocromática.

Características do diodo laser

A figura abaixo mostra a curva característica de um diodo laser:

Aqui, a linha horizontal indica corrente elinha vertical mostra a potência óptica da luz produzida. Pode-se ver claramente a partir da figura que um aumento gradual de poder é percebido até que um ponto limite seja atingido.

Após o valor limite, um rápido aumento nao poder é notado até mesmo para um pequeno aumento na corrente. A energia produzida pelo diodo laser também depende da temperatura associada ao dispositivo.

Propriedade da luz laser

Uma luz de laser emitida por um diodo de laser possui a seguinte propriedade:

• Coerência: É uma propriedade crucial do laser, que existedevido à emissão estimulada. Simplesmente indica que o comprimento de onda das ondas de luz emitida está em fase. Quando falamos sobre a fonte de luz comum, por exemplo, LED, ela não mostra a propriedade da coerência porque é gerada devido ao processo de emissão espontânea de um fóton.
• Monocromática: Uma luz emitida pelo diodo laser é monocromática por natureza, o que significa que tem um único comprimento de onda. Ondas com comprimento de onda único indicam que a radiação emitida é de uma única cor.
• Brilho: O brilho de uma luz é basicamente determinadopela potência por unidade de área de superfície por unidade de ângulo sólido. Devido a reflexões contínuas, uma luz de alta intensidade e mais potência é produzida pelo diodo laser. Isso permite a geração de luz brilhante através do dispositivo.
• Direcionalidade: A luz do laser é altamente direcional isso significaque a luz emitida por um diodo laser não apresenta muita divergência. Direcionalidade em um diodo de laser é alcançada porque os fótons emitidos sofrem múltiplos reflexos através do espelho. Sempre que a luz se desvia do seu eixo, ela é ignorada. Assim, apenas um feixe de luz altamente focado é alcançado.

Vantagens do diodo laser

1. O poder operacional no caso de diodos de laser é menor em comparação com outros dispositivos emissores de luz.
2. É pequeno em tamanho, portanto, permite um melhor manuseio.
3. Os diodos laser geram luz de alta eficiência.

Desvantagens do diodo laser

1. Como ele fornece uma luz de alta densidade, às vezes, coloca efeitos adversos nos olhos.
2. É caro.

Aplicações de diodo laser

Diodos a laser são amplamente utilizados em telecomunicaçõese nas indústrias de defesa. A comunicação por fibra óptica também usa um feixe de laser para transmissão de sinal, uma vez que as fibras ópticas exigem um feixe altamente focalizado. É altamente usado em impressoras a laser também.