Uno de los equipos laser más utilizado en medicina estetica es el laser de diodo, es utilizado tanto en tratamientos de depilación como en tratamiento adelgazantes, si quieres saber más sobr lo que es un laser de diodo, antes de hacerte una lipolaser o una depilación, debes leer esta importante información
Un laser de diodo , o LD, es un bombeado eléctricamente semiconductor láser en el que el medio láser activa está formada por una unión pn de un diodo semiconductor similar a la encontrada en un diodo emisor de luz.
El laser de diodo es el tipo más común de láser, produce una amplia gama de usos que incluyen comunicaciones de fibra óptica, los lectores de códigos de barras, punteros láser, CD / DVD / Blu-ray Disc de lectura y grabación, impresión láser, escaneo láser y cada vez más fuentes de iluminación direccional.
Un diodo láser es eléctricamente un diodo PIN. La región activa del diodo láser está en el (I) región intrínseca, y los portadores (electrones y huecos) se bombea en esa región de las regiones N y P, respectivamente. Mientras que la investigación inicial láser de diodo se llevó a cabo en diodos PN simples, todos los láseres modernos utilizan la implementación de doble heteroestructura, donde los transportistas y los fotones se limitan a fin de maximizar sus posibilidades de recombinación y la generación de luz. A diferencia de un diodo normal, el objetivo de un diodo láser es de recombinar todas las compañías en la región I, y producir luz. Por lo tanto, los diodos láser son fabricados usando semiconductores de banda prohibida directa. El diodo láser epitaxial estructura se cultiva usando una de las técnicas de crecimiento de cristales, por lo general a partir de un sustrato dopado N, y el crecimiento de la capa I dopado activo, seguido por el dopado P revestimiento, y una capa de contacto. La capa activa se compone más a menudo de pozos cuánticos, que proporcionan corriente umbral inferior y una mayor eficiencia. [1]
Los diodos láser forman un subconjunto de la clasificación mayor de semiconductor p - n diodos de unión. Forward polarización eléctrica a través del diodo láser hace que las dos especies de portador de carga - agujeros y electrones - para ser "inyectadas" de lados opuestos de la p - n de unión en la región de agotamiento. Los agujeros son inyectados desde la p -doped y electrones de la n -doped, semiconductores. (A región de agotamiento, desprovisto de cualquier portadores de carga, se forma como resultado de la diferencia de potencial eléctrico entre n - y p semiconductores de tipo dondequiera que estén en contacto físico.) Debido a la utilización de la inyección de carga en la alimentación de la mayoría de los láseres de diodo, esta clase de láseres a veces se denomina "láseres de inyección", o "inyección de diodo láser" (ILD). Como láseres de diodos son dispositivos semiconductores, también pueden ser clasificados como láseres semiconductores. De cualquier designación que distingue a los láseres de diodo de láser de estado sólido.
Otro método de suministrar energía a algunos láseres de diodo es el uso de bombeo óptico. Láseres semiconductores de bombeo óptico (OPSL) utilizan un chip semiconductor III-V como el medio de ganancia, y otro láser (a menudo otro láser de diodo) como la fuente de la bomba. OPSL ofrecen varias ventajas sobre las ILD, en particular en la selección de longitud de onda y la falta de interferencia de estructuras de electrodos internos. [2] [3]
Cuando un electrón y un agujero están presentes en la misma región, pueden recombinarse o "aniquilar" producir una emisión espontánea - es decir, el electrón puede volver a ocupar el estado de energía del agujero, emitiendo un fotón con una energía igual a la diferencia entre estado original del electrón y el estado del agujero. (En un diodo de unión semiconductor convencional, la energía liberada de la recombinación de electrones y huecos se lleva a distancia como fonones, es decir, vibraciones de la red, en lugar de en forma de fotones.) La emisión espontánea por debajo del umbral de acción láser produce propiedades similares a un LED. Es necesaria para iniciar la oscilación láser de emisión espontánea, pero es una de las varias fuentes de ineficiencia una vez que el láser es oscilante.
La diferencia entre el láser semiconductor emisor de fotones y un fonón emisor de luz (no emisor de luz) diodo de unión semiconductor convencional radica en el tipo de semiconductor que se utiliza, uno cuya estructura física y atómica confiere la posibilidad de emisión de fotón. Estos semiconductores de fotones de emisión son los llamados "banda prohibida directa" semiconductores. Las propiedades de silicio y germanio, que son semiconductores de un solo elemento, tienen bandas prohibidas que no se alinean en la forma necesaria para permitir la emisión de fotones y no se consideran "directa". Otros materiales, los llamados semiconductores compuestos, tienen estructuras cristalinas prácticamente idénticos como silicio o germanio pero utilizan alternando arreglos de dos especies atómicas diferentes en un patrón de tablero de ajedrez-como para romper la simetría. La transición entre los materiales en el modelo de alternancia crea el crítico "bandgap directo" propiedad. Arseniuro de galio, fosfuro de indio, antimoniuro de galio, y nitruro de galio son todos ejemplos de materiales semiconductores compuestos que pueden ser utilizados para crear los diodos de unión que emiten luz.
Diagrama de un diodo láser simple, tal como se muestra arriba; no a escala
En ausencia de la emisión estimulada (por ejemplo, láser) condiciones, los electrones y agujeros pueden coexistir en proximidad entre sí, sin recombinación, durante un tiempo determinado, denominado el "tiempo de vida del estado superior" o "tiempo de recombinación" (alrededor de un nanosegundo para materiales con láser diodo típicos), antes de que se recombinan. Un fotón cercano con energía igual a la energía de recombinación puede causar recombinación por emisión estimulada. Esto genera otro fotón de la misma frecuencia, polarización, y fase, viajando en la misma dirección que la primera fotón. Esto significa que la emisión estimulada hará que la ganancia en una onda óptica (de la longitud de onda correcta) en la región de la inyección, y la ganancia aumenta a medida que el número de electrones y huecos inyectados través de la unión aumenta. Los procesos de emisión espontánea y estimulada son mucho más eficientes en la banda prohibida directa semiconductores que en banda prohibida indirecta semiconductores; Por lo tanto, el silicio no es un material común para los diodos láser.
Al igual que en otros láseres, la región de ganancia está rodeado con una cavidad óptica para formar un láser. En la forma más simple de diodo láser, una guía de ondas óptica se hace en la superficie de ese cristal, de tal manera que la luz se limita a una línea relativamente estrecha. Los dos extremos del cristal se escinden para formar bordes perfectamente lisas y paralelas, formando una Fabry-Perot resonador. Los fotones emitidos en un modo de la guía de ondas viajarán a lo largo de la guía de onda y reflejarse varias veces de cada lado frontal antes de que salgan. Como una onda de luz pasa a través de la cavidad, que es amplificada por emisión estimulada, pero la luz también se pierde debido a la absorción y reflexión incompleta de las facetas finales. Por último, si hay más de amplificación de la pérdida, el diodo comienza a "lase".
Algunas propiedades importantes de los diodos láser están determinadas por la geometría de la cavidad óptica. Generalmente, la luz está contenida dentro de una capa muy delgada, y la estructura sólo admite un único modo óptico en la dirección perpendicular a las capas. En la dirección transversal, si la guía de ondas se amplia en comparación con la longitud de onda de la luz, a continuación, la guía de ondas puede soportar múltiples modos ópticos transversales, y el láser se conoce como "multi-modo". Estos láseres transversalmente multimodo son adecuadas en los casos en que uno necesita una gran cantidad de energía, pero no un pequeño haz de difracción limitada; por ejemplo, en la impresión, la activación de los productos químicos, o el bombeo de otros tipos de láseres.
En aplicaciones donde se necesita un pequeño haz enfocado, la guía de ondas debe hacerse estrecho, del orden de la longitud de onda óptica. De esta manera, sólo un único modo transversal con el apoyo y uno termina con un haz de difracción limitada. Tales dispositivos de modo espacial único se utilizan para el almacenamiento óptico, punteros láser, y la fibra óptica. Tenga en cuenta que estos láseres todavía pueden soportar múltiples modos longitudinales, y por lo tanto puede lase en múltiples longitudes de onda simultáneamente. La longitud de onda emitida es una función de la banda prohibida del material semiconductor y los modos de la cavidad óptica. En general, la ganancia máxima se producirá para fotones con energía ligeramente superior a la energía de banda-GAP, y los modos más cercanos al pico de la curva de ganancia se lase más fuertemente. La anchura de la curva de ganancia determinará el número de "modos secundarios" adicionales que pueden también lase, dependiendo de las condiciones de funcionamiento. Láseres de modo espacial único que pueden soportar múltiples modos longitudinales se llaman Fabry Perot (FP) láseres. Un láser de FP se lase en múltiples modos de cavidad dentro del ancho de banda de ganancia del medio de láser. El número de modos de acción láser en un láser de FP es generalmente inestable, y puede fluctuar debido a cambios en la corriente o la temperatura.
Láseres de diodo individuales modo espaciales pueden ser diseñados con el fin de operar en un modo longitudinal único. Estos láseres de diodo individuales frecuencia exhiben un alto grado de estabilidad, y se utilizan en la espectroscopia y metrología, y como referencias de frecuencia. Soltero láseres de diodo de frecuencia clasificadas ya sea como retroalimentación distribuida (DFB) láseres o reflector Bragg distribuido (DBR) láseres.
Debido a la difracción, los diverge de haz (expande) rápidamente después de dejar el chip, por lo general a los 30 grados en vertical en 10 grados lateralmente. Una lente debe ser utilizado con el fin de formar un haz colimado como la producida por un puntero láser. Si se requiere un haz circular, se utilizan lentes cilíndricas y otras ópticas. Para los láseres de modo espacial único, utilizando lentes simétricas, el haz colimado termina siendo de forma elíptica, debido a la diferencia en las divergencias verticales y laterales. Esto es fácilmente observable con un rojo puntero láser.
El diodo simple descrito anteriormente ha sido muy modificada en los últimos años para dar cabida a la tecnología moderna, lo que resulta en una variedad de tipos de diodos de láser, tal como se describe a continuación.
Tipos [editar]
La estructura de diodo láser simple, descrito anteriormente, es extremadamente ineficiente. Tales dispositivos requieren tanta potencia que sólo pueden lograr un funcionamiento por impulsos sin sufrir daños. Aunque históricamente importante y fácil de explicar, estos dispositivos no son prácticos.
Láseres doble heteroestructura [editar]
Diagrama de la vista frontal de un doble diodo láser heteroestructura; no a escala
En estos dispositivos, una capa de baja banda prohibida material se intercala entre dos capas de banda prohibida alta. Un par de materiales de uso común es el arseniuro de galio (GaAs) con arseniuro de galio aluminio (Al x Ga (1-x) As). Cada una de las uniones entre diferentes materiales de banda prohibida se llama una heteroestructura, de ahí el nombre de "láser de heteroestructura doble" o DH láser. El tipo de diodo láser descrito en la primera parte del artículo puede ser denominado como una homounión láser, por contraste con estos dispositivos más populares.
La ventaja de un láser DH es que la región en la que existen los electrones y los huecos libres simultáneamente: la región activa -está confinado a la capa intermedia delgada. Esto significa que muchos más de los pares electrón-hueco se puede contribuir a la amplificación no tantos se quedan en la periferia pobre amplificación. Además, la luz se refleja desde la heterounión; Por lo tanto, la luz se limita a la región en la que la amplificación se lleva a cabo.
Láseres de pozo cuántico [editar]
Artículo principal: láser de pozo cuántico
Diagrama de la vista frontal de un sencillo de pozo cuántico diodo láser; no a escala
Si la capa media se hace lo suficientemente delgada, que actúa como un pozo cuántico. Esto significa que la variación vertical de electrones de la función de onda, y por lo tanto un componente de su energía, está cuantizada. La eficiencia de un láser de pozo cuántico es mayor que la de un láser de mayor debido a que la densidad de estados en función de electrones en el sistema de pozo cuántico tiene un borde abrupto que concentra electrones en estados de energía que contribuyen a la acción láser.
Los láseres que contienen más de una capa de pozo cuántico se conocen como múltiples pozos cuánticos láseres. Pozos cuánticos múltiples mejoran la superposición de la región de ganancia óptica con la guía de ondas modo.
Otras mejoras en la eficiencia láser también se han demostrado mediante la reducción de la capa de pozo cuántico a un cable cuántico o a un "mar" de puntos cuánticos.
Láseres de cascada cuántica [editar]
Artículo principal: láser de cascada cuántica
En un láser de cascada cuántica, la diferencia entre los niveles de energía de pozo cuántico se utiliza para la transición láser en lugar de la banda prohibida. Esto permite que la acción del láser en relativamente largas longitudes de onda, que pueden ser sintonizados simplemente alterando el espesor de la capa. Son láseres heterounión.
Separe los láseres de heteroestructura confinamiento [editar]
Diagrama de la vista frontal de una heteroestructura reclusión separada de pozo cuántico de diodos láser; no a escala
El problema con el diodo de pozo cuántico simple descrito anteriormente es que la capa delgada es simplemente demasiado pequeño para confinar eficazmente la luz. Para compensar, se añaden otras dos capas de fuera los tres primeros. Estas capas tienen un menor índice de refracción de las capas centrales, y por lo tanto limitan la luz con eficacia. Tal diseño se llama una heteroestructura confinamiento separado (SCH) del diodo láser.
Casi todos los diodos láser comerciales desde la década de 1990 han sido SCH diodos así cuántica.
Distribuidos láseres de reflector de Bragg [editar]
Un láser reflector Bragg distribuido (DBR) es un tipo de un solo diodo láser de frecuencia. [4] Se caracteriza por una cavidad óptica que consiste en una región de ganancia eléctricamente u ópticamente bombeado entre dos espejos para proporcionar retroalimentación. Uno de los espejos es un reflector de banda ancha y el otro espejo es la longitud de onda selectiva de manera que la ganancia se ve favorecida en un único modo longitudinal, lo que resulta en efecto láser en una sola frecuencia resonante. El espejo de banda ancha está generalmente recubierto con un recubrimiento de baja reflectividad para permitir la emisión. El espejo selectivo de longitud de onda es un estructurado periódicamente rejilla de difracción con alta reflectividad. La rejilla de difracción está dentro de una región no bombeado, o pasiva de la cavidad. Un láser DBR es un dispositivo de un solo chip monolítico con la rejilla grabada en el semiconductor. Láseres DBR pueden ser borde emisor de rayos láser o VCSELs. Arquitecturas híbridas alternativos que comparten la misma topología incluyen láseres de diodo cavidad y volumen Bragg láseres rejilla extendidos, pero estos no son llamados correctamente láseres DBR.
Láseres de realimentación distribuida [editar]
Artículo principal: Distribuido retroalimentación láser
Un láser de retroalimentación distribuida (DFB) es un tipo de un solo diodo láser de frecuencia. [4] DFB son el tipo más común transmisor en DWDM -Systems. Para estabilizar la longitud de onda de emisión láser, una rejilla de difracción es grabado al agua fuerte cerca de la unión pn del diodo. Esta rejilla actúa como un filtro óptico, causando una sola longitud de onda que se alimentan de nuevo a la región de ganancia y lase. Desde la rejilla proporciona la retroalimentación que se requiere para la acción láser, no se requiere la reflexión desde las facetas. Así, al menos una de las facetas de un DFB es recubierta antirreflectante. El láser DFB tiene una longitud de onda estable que se establece durante la fabricación por el paso de la rejilla, y sólo se puede ajustar ligeramente con la temperatura. Láseres DFB son ampliamente utilizados en aplicaciones de comunicaciones ópticas, donde una longitud de onda precisa y estable es crítico.
La corriente de umbral de este láser DFB, basándose en su característica estática, es de alrededor de 11 mA. La corriente de polarización adecuada en un régimen lineal podría ser tomado en el medio de la característica estática (50 mA).
VCSELs [editar]
Artículo principal: láser emisor de superficie de cavidad vertical-
Diagrama de una estructura VCSEL sencilla; no a escala
Láseres emisores de superficie de cavidad vertical (VCSEL) tienen el eje de cavidad óptica a lo largo de la dirección del flujo de corriente en lugar de perpendicular al flujo de corriente como en los diodos láser convencionales. La longitud región activa es muy corto en comparación con las dimensiones laterales de manera que la radiación emerge de la superficie de la cavidad en lugar de desde su borde como se muestra en la figura. Los reflectores en los extremos de la cavidad son espejos dieléctricos a base de alterna de alta y baja de múltiples capas de espesor índice de refracción de cuarto de onda.
Tales espejos dieléctricos proporcionan un alto grado de reflectancia de longitud de onda selectiva en la longitud de onda λ superficie libre requerido si los espesores de capas alternas d 1 y d 2 con índices de refracción n 1 y n 2 son tales que n 1 d 1 + n 2 d 2 = λ / 2, que conduce a la interferencia constructiva de todas las ondas parcialmente reflejadas en las interfaces. Pero hay un inconveniente: a causa de las altas reflectividades especulares, VCSELs tienen potencias de salida más bajos en comparación con los láseres de última generación que emiten.
Hay varias ventajas para la producción de VCSEL cuando se compara con el proceso de producción de láseres de borde emisores de luz. Edge-emisores no pueden ser probados hasta el final del proceso de producción. Si el borde de emisor no funciona, ya sea debido a malos contactos o la mala calidad del crecimiento material, el tiempo de producción y los materiales de procesamiento han sido en vano.
Además, debido a VCSEL emiten el haz perpendicular a la región activa del láser en lugar de paralelos como con un emisor de borde, decenas de miles de VCSEL pueden ser procesados simultáneamente en una oblea de arseniuro de galio de tres pulgadas. Además, aunque el proceso de producción es más VCSEL en mano de obra y material intensiva, el rendimiento puede ser controlado a un resultado más predecible. Sin embargo, normalmente muestran un nivel de potencia inferior.
VECSELs [editar]
Artículo principal: Vertical-externa-cavidad superficie emisores de láser
Láseres emisores de superficie de cavidad externa vertical o VECSELs, son similares a los VCSEL. En VCSEL, los espejos están típicamente cultivan epitaxial como parte de la estructura de diodo, o se cultivan por separado y unidos directamente al semiconductor que contiene la región activa. VECSELs se distinguen por una construcción en la que uno de los dos espejos es externa a la estructura de diodo. Como resultado, la cavidad incluye una región en el espacio libre. A distancia típica del diodo para el espejo externo sería de 1 cm.
Una de las características más interesantes de cualquier VECSEL es el pequeño espesor de la región de ganancia de semiconductores en la dirección de propagación, a menos de 100 nm. En contraste, un láser semiconductor convencional en el plano implica propagación de la luz a distancias de 250 micras de hacia arriba para 2 mm o más. La importancia de la distancia de propagación a corto es que causa el efecto de no linealidades "antiguiding" en la región de ganancia de láser de diodo a ser minimizado. El resultado es un haz óptico monomodo sección a gran cruz que no es alcanzable desde en el plano ("borde emisores") láseres de diodo.
Varios trabajadores demostraron VECSELs bombeados ópticamente, y se siguen desarrollando para muchas aplicaciones, incluyendo las fuentes de alta potencia para el uso en el mecanizado industrial (corte, perforación, etc.) debido a su inusualmente alta potencia y eficiencia cuando se bombea por multimodo barras láser de diodo . Sin embargo, debido a su falta de unión pn, VECSELs ópticamente bombeados-no se consideran los "láseres de diodo", y se clasifican como láseres semiconductores. [Cita requerida]
VECSELs de electricidad por bombeo también se han demostrado. Las solicitudes de VECSELs eléctricamente bombeado incluyen pantallas de proyección, servido por el doble de frecuencia de emisores VECSEL cerca-IR para producir luz azul y verde.
Láseres de diodo externo cavidades [editar]
Láseres de diodo externo cavidades son láseres sintonizables que utilizan heteroestructuras principalmente dobles diodos del Al x Ga (1-x) Como tipo. Los primeros láseres de diodo externo cavidades utilizadas etalones intracavidad [5] y simples rejillas Littrow sintonización. [6] Otros diseños incluyen rejillas en configuración pastoreo-incidencia y múltiples configuraciones de prisma de rejilla. [7]
Mecanismos de falla [editar]
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Diodos láser tienen las mismas fiabilidad cuestiones y fracaso como diodos emisores de luz. Además están sujetos a daños catastróficos óptica (COD) cuando se opera a una potencia mayor.
Muchos de los avances en la fiabilidad de los láseres de diodo en los últimos 20 años siguen siendo propiedad de sus desarrolladores. La fiabilidad de un diodo láser puede hacer o romper una línea de productos. Por otra parte, la ingeniería inversa no siempre es capaz de revelar las diferencias entre los productos láser de diodo más fiables y menos fiables.
En el borde de un láser de diodo, donde se emite la luz, un espejo está formada tradicionalmente por la escisión de la oblea de semiconductor para formar un plano especularmente reflectante. Este enfoque se ve facilitada por la debilidad de la [110] cristalográfica avión en cristales semiconductores III-V (tales como GaAs, InP, GaSb, etc.) en comparación con otros aviones. Un rasguño hecho en el borde de la oblea y una fuerza de flexión leve causa un plano de clivaje de espejo casi atómicamente perfecta para formar y propagar en una línea recta a través de la oblea.
Pero sucede que los estados atómicos en el plano de clivaje se alteran (en comparación con sus propiedades a granel dentro del cristal) por la terminación de la red perfectamente periódica en ese avión. Estados de superficie en el plano escindido tienen niveles de energía dentro de la (prohibido de otra forma ) banda prohibida del semiconductor.
Esencialmente, como resultado, cuando la luz se propaga a través del plano de clivaje y tránsitos a espacio libre desde dentro del cristal semiconductor, una fracción de la energía luminosa es absorbida por los estados de la superficie donde se convierte en calor por fonón - electrón interacciones. Esto calienta el espejo escindido. Además, el espejo puede calentar simplemente porque el borde de la láser de diodo, que es eléctricamente bombea-está en contacto menos-que-perfecta con el montaje que proporciona un camino para la eliminación de calor. La calefacción del espejo hace que la banda prohibida del semiconductor para reducir el tamaño de las zonas más cálidas. La contracción de banda prohibida trae transiciones más electrónicos de banda a banda en alineación con la energía del fotón causando aún más la absorción. Esto es fuera de control térmico, una forma de retroalimentación positiva, y el resultado puede ser derritiendo de la faceta, conocido como daños óptica catastrófica, o contra reembolso.
En la década de 1970, este problema, que es particularmente irritante para los láseres de GaAs basado en emisores de entre 0.630 micras y 1 micras longitudes de onda (menos para los láseres basados en InP utilizados para las telecomunicaciones de larga distancia que emiten entre 1,3 micras y 2 micras), se identificó . Michael Ettenberg, investigador y más tarde vicepresidente de RCA Laboratories David Sarnoff Research Center en Princeton, Nueva Jersey, idearon una solución. Una fina capa de óxido de aluminio se depositó sobre la faceta. Si el espesor de óxido de aluminio se escoge correctamente, funciona como un revestimiento anti-reflectante, reduciendo la reflexión en la superficie. Esto alivió la calefacción y la DQO en la faceta.
Desde entonces, se han empleado varios otros refinamientos. Un enfoque consiste en crear un espejo no absorbente llamada (NAM) de tal manera que el último 10 micras o menos antes de la luz se emite desde la faceta escindido se vuelve no absorbe en la longitud de onda de interés.
En los primeros años 1990, SDL, Inc. comenzó a suministrar los láseres de diodo de alta potencia con buenas características de fiabilidad. CEO Donald Scifres y CTO David Welch presentaron nuevos datos de rendimiento de fiabilidad a, por ejemplo, SPIE conferencias Fotónica Oeste de la época. Los métodos utilizados por SDL para derrotar DQO se consideraron altamente propietaria y todavía no revelada públicamente a partir de junio de 2006.
A mediados de la década de 1990, IBM Research (Ruschlikon, Suiza) anunció que había ideado el llamado "proceso de E2", que confiere una extraordinaria resistencia a la DQO en láseres basados en GaAs. Este proceso también fue revelada a partir de junio de 2006.
Fiabilidad de barras de la bomba de láser de diodo de alta potencia (usados para bombear láseres de estado sólido) sigue siendo un problema difícil en una variedad de aplicaciones, a pesar de estos avances de propiedad. De hecho, la física de la insuficiencia láser de diodo es todavía están elaborando y la investigación sobre este tema sigue siendo activo, si es propietaria.
La extensión de la vida útil de los diodos láser es crítico para su adaptación continua a una amplia variedad de aplicaciones.
Usos [editar]
Diodos láser pueden ser dispuestos para producir potencias muy altas, de onda continua o pulsada. Tales matrices pueden usarse para bombear eficientemente láseres de estado sólido para alta potencia media de perforación, ardor o de fusión por confinamiento inercial.
Los diodos láser son numéricamente el tipo de láser más común, con 2004 ventas de aproximadamente de 733 millones de unidades, [8], en comparación con 131.000 de otros tipos de láseres. [9]
Los diodos láser encuentra un amplio uso en telecomunicaciones tan fácilmente modulada y fácilmente acoplado fuentes de luz para fibra óptica de comunicación. Se utilizan en diversos instrumentos de medición, tales como telémetros. Otro uso común es en los lectores de códigos de barras. Visible láser, típicamente rojo, pero más tarde también verdes, son comunes como los punteros láser. Ambos diodos de baja y alta potencia se utilizan ampliamente en la industria de impresión tanto en lo que fuentes de luz para la exploración (de entrada) de las imágenes y de muy alta velocidad y plancha de impresión de alta resolución (salida) de fabricación. Infrarrojos y diodos láser rojos son comunes en reproductores de CD, CD-ROM y DVD tecnología. Violeta láseres son utilizados en HD DVD y Blu-ray tecnología. Láseres de diodo también han encontrado muchas aplicaciones en espectrometría de absorción láser (LAS) de alta velocidad, la evaluación de bajo costo o un control de la concentración de varias especies en fase gaseosa. Diodos láser de alta potencia se utilizan en aplicaciones industriales, tales como el tratamiento térmico, revestimiento, soldadura continua y para el bombeo de otros láseres, como láseres de estado sólido diodo-bombeado.
Usos de los diodos láser pueden clasificarse de diversas maneras. La mayoría de las aplicaciones podrían ser atendidos por grandes láseres de estado sólido u osciladores paramétricos ópticos, pero el bajo costo de los láseres de diodo de producción masiva hace esencial para las aplicaciones del mercado de masas. Los láseres de diodo se pueden utilizar en un gran número de campos; ya que la luz tiene muchas propiedades diferentes (poder, de longitud de onda, espectrales y la calidad del haz, polarización, etc.) es útil para clasificar las solicitudes de estas propiedades básicas.
Muchas aplicaciones de los láseres de diodo hacen principalmente el uso de la propiedad "energía dirigida" de un haz óptico. En esta categoría, se podría incluir a las impresoras láser, lectores de códigos de barras, digitalización de imagen, iluminadores, designadores, grabación de datos ópticos, ignición de combustión, cirugía láser, clasificación industrial, mecanizado industrial, y dirigida armamento energía. Algunas de estas aplicaciones son bien establecida, mientras que otros están surgiendo.
Medicina láser:. La medicina y especialmente la odontología han encontrado muchos usos nuevos para los láseres de diodo [10] [11] [12] El tamaño encogimiento de las unidades y su creciente facilidad de uso hace que sean muy atractivos para los clínicos para los procedimientos de tejidos blandos menores. Los 800 nm - 980 nm unidades tienen una alta tasa de absorción de la hemoglobina y por lo tanto hacen ideales para aplicaciones de tejidos blandos, donde la buena hemostasia es necesario.
Utiliza lo que puede hacer uso de la coherencia de la luz generada por el diodo láser incluyen la medición interferométrica distancia, la holografía, comunicaciones coherentes y control coherente de las reacciones químicas.
Usos que pueden hacer uso de las propiedades "estrechas espectrales" de láseres de diodo incluyen gama de investigación, las telecomunicaciones, infrarrojos contramedidas, detección espectroscópica, generación de ondas de radio frecuencia o terahercios, la preparación del estado de reloj atómico, la criptografía de clave cuántica, duplicación frecuencia y conversión, la purificación del agua (en el UV), y la terapia fotodinámica (donde una longitud de onda particular de la luz podría causar una sustancia tal como porfirina para convertirse químicamente activo como un agente anti-cáncer sólo donde el tejido es iluminada por la luz).
Utiliza donde la calidad deseada de los diodos láser es su capacidad para generar pulsos ultracortos de luz mediante la técnica conocida como "modo de bloqueo" incluyen distribución de reloj para los circuitos integrados de alto rendimiento, fuentes de alto pico de potencia para la descomposición inducida por láser detección de la espectroscopia, la generación de forma de onda arbitraria para las ondas de radiofrecuencia, muestreo fotónica para la conversión de analógico a digital y los sistemas óptico por división de código de múltiples de acceso para la comunicación segura.
Un laser de diodo , o LD, es un bombeado eléctricamente semiconductor láser en el que el medio láser activa está formada por una unión pn de un diodo semiconductor similar a la encontrada en un diodo emisor de luz.
El laser de diodo es el tipo más común de láser, produce una amplia gama de usos que incluyen comunicaciones de fibra óptica, los lectores de códigos de barras, punteros láser, CD / DVD / Blu-ray Disc de lectura y grabación, impresión láser, escaneo láser y cada vez más fuentes de iluminación direccional.
Un diodo láser es eléctricamente un diodo PIN. La región activa del diodo láser está en el (I) región intrínseca, y los portadores (electrones y huecos) se bombea en esa región de las regiones N y P, respectivamente. Mientras que la investigación inicial láser de diodo se llevó a cabo en diodos PN simples, todos los láseres modernos utilizan la implementación de doble heteroestructura, donde los transportistas y los fotones se limitan a fin de maximizar sus posibilidades de recombinación y la generación de luz. A diferencia de un diodo normal, el objetivo de un diodo láser es de recombinar todas las compañías en la región I, y producir luz. Por lo tanto, los diodos láser son fabricados usando semiconductores de banda prohibida directa. El diodo láser epitaxial estructura se cultiva usando una de las técnicas de crecimiento de cristales, por lo general a partir de un sustrato dopado N, y el crecimiento de la capa I dopado activo, seguido por el dopado P revestimiento, y una capa de contacto. La capa activa se compone más a menudo de pozos cuánticos, que proporcionan corriente umbral inferior y una mayor eficiencia. [1]
Los diodos láser forman un subconjunto de la clasificación mayor de semiconductor p - n diodos de unión. Forward polarización eléctrica a través del diodo láser hace que las dos especies de portador de carga - agujeros y electrones - para ser "inyectadas" de lados opuestos de la p - n de unión en la región de agotamiento. Los agujeros son inyectados desde la p -doped y electrones de la n -doped, semiconductores. (A región de agotamiento, desprovisto de cualquier portadores de carga, se forma como resultado de la diferencia de potencial eléctrico entre n - y p semiconductores de tipo dondequiera que estén en contacto físico.) Debido a la utilización de la inyección de carga en la alimentación de la mayoría de los láseres de diodo, esta clase de láseres a veces se denomina "láseres de inyección", o "inyección de diodo láser" (ILD). Como láseres de diodos son dispositivos semiconductores, también pueden ser clasificados como láseres semiconductores. De cualquier designación que distingue a los láseres de diodo de láser de estado sólido.
Otro método de suministrar energía a algunos láseres de diodo es el uso de bombeo óptico. Láseres semiconductores de bombeo óptico (OPSL) utilizan un chip semiconductor III-V como el medio de ganancia, y otro láser (a menudo otro láser de diodo) como la fuente de la bomba. OPSL ofrecen varias ventajas sobre las ILD, en particular en la selección de longitud de onda y la falta de interferencia de estructuras de electrodos internos. [2] [3]
Cuando un electrón y un agujero están presentes en la misma región, pueden recombinarse o "aniquilar" producir una emisión espontánea - es decir, el electrón puede volver a ocupar el estado de energía del agujero, emitiendo un fotón con una energía igual a la diferencia entre estado original del electrón y el estado del agujero. (En un diodo de unión semiconductor convencional, la energía liberada de la recombinación de electrones y huecos se lleva a distancia como fonones, es decir, vibraciones de la red, en lugar de en forma de fotones.) La emisión espontánea por debajo del umbral de acción láser produce propiedades similares a un LED. Es necesaria para iniciar la oscilación láser de emisión espontánea, pero es una de las varias fuentes de ineficiencia una vez que el láser es oscilante.
La diferencia entre el láser semiconductor emisor de fotones y un fonón emisor de luz (no emisor de luz) diodo de unión semiconductor convencional radica en el tipo de semiconductor que se utiliza, uno cuya estructura física y atómica confiere la posibilidad de emisión de fotón. Estos semiconductores de fotones de emisión son los llamados "banda prohibida directa" semiconductores. Las propiedades de silicio y germanio, que son semiconductores de un solo elemento, tienen bandas prohibidas que no se alinean en la forma necesaria para permitir la emisión de fotones y no se consideran "directa". Otros materiales, los llamados semiconductores compuestos, tienen estructuras cristalinas prácticamente idénticos como silicio o germanio pero utilizan alternando arreglos de dos especies atómicas diferentes en un patrón de tablero de ajedrez-como para romper la simetría. La transición entre los materiales en el modelo de alternancia crea el crítico "bandgap directo" propiedad. Arseniuro de galio, fosfuro de indio, antimoniuro de galio, y nitruro de galio son todos ejemplos de materiales semiconductores compuestos que pueden ser utilizados para crear los diodos de unión que emiten luz.
Diagrama de un diodo láser simple, tal como se muestra arriba; no a escala
En ausencia de la emisión estimulada (por ejemplo, láser) condiciones, los electrones y agujeros pueden coexistir en proximidad entre sí, sin recombinación, durante un tiempo determinado, denominado el "tiempo de vida del estado superior" o "tiempo de recombinación" (alrededor de un nanosegundo para materiales con láser diodo típicos), antes de que se recombinan. Un fotón cercano con energía igual a la energía de recombinación puede causar recombinación por emisión estimulada. Esto genera otro fotón de la misma frecuencia, polarización, y fase, viajando en la misma dirección que la primera fotón. Esto significa que la emisión estimulada hará que la ganancia en una onda óptica (de la longitud de onda correcta) en la región de la inyección, y la ganancia aumenta a medida que el número de electrones y huecos inyectados través de la unión aumenta. Los procesos de emisión espontánea y estimulada son mucho más eficientes en la banda prohibida directa semiconductores que en banda prohibida indirecta semiconductores; Por lo tanto, el silicio no es un material común para los diodos láser.
Al igual que en otros láseres, la región de ganancia está rodeado con una cavidad óptica para formar un láser. En la forma más simple de diodo láser, una guía de ondas óptica se hace en la superficie de ese cristal, de tal manera que la luz se limita a una línea relativamente estrecha. Los dos extremos del cristal se escinden para formar bordes perfectamente lisas y paralelas, formando una Fabry-Perot resonador. Los fotones emitidos en un modo de la guía de ondas viajarán a lo largo de la guía de onda y reflejarse varias veces de cada lado frontal antes de que salgan. Como una onda de luz pasa a través de la cavidad, que es amplificada por emisión estimulada, pero la luz también se pierde debido a la absorción y reflexión incompleta de las facetas finales. Por último, si hay más de amplificación de la pérdida, el diodo comienza a "lase".
Algunas propiedades importantes de los diodos láser están determinadas por la geometría de la cavidad óptica. Generalmente, la luz está contenida dentro de una capa muy delgada, y la estructura sólo admite un único modo óptico en la dirección perpendicular a las capas. En la dirección transversal, si la guía de ondas se amplia en comparación con la longitud de onda de la luz, a continuación, la guía de ondas puede soportar múltiples modos ópticos transversales, y el láser se conoce como "multi-modo". Estos láseres transversalmente multimodo son adecuadas en los casos en que uno necesita una gran cantidad de energía, pero no un pequeño haz de difracción limitada; por ejemplo, en la impresión, la activación de los productos químicos, o el bombeo de otros tipos de láseres.
En aplicaciones donde se necesita un pequeño haz enfocado, la guía de ondas debe hacerse estrecho, del orden de la longitud de onda óptica. De esta manera, sólo un único modo transversal con el apoyo y uno termina con un haz de difracción limitada. Tales dispositivos de modo espacial único se utilizan para el almacenamiento óptico, punteros láser, y la fibra óptica. Tenga en cuenta que estos láseres todavía pueden soportar múltiples modos longitudinales, y por lo tanto puede lase en múltiples longitudes de onda simultáneamente. La longitud de onda emitida es una función de la banda prohibida del material semiconductor y los modos de la cavidad óptica. En general, la ganancia máxima se producirá para fotones con energía ligeramente superior a la energía de banda-GAP, y los modos más cercanos al pico de la curva de ganancia se lase más fuertemente. La anchura de la curva de ganancia determinará el número de "modos secundarios" adicionales que pueden también lase, dependiendo de las condiciones de funcionamiento. Láseres de modo espacial único que pueden soportar múltiples modos longitudinales se llaman Fabry Perot (FP) láseres. Un láser de FP se lase en múltiples modos de cavidad dentro del ancho de banda de ganancia del medio de láser. El número de modos de acción láser en un láser de FP es generalmente inestable, y puede fluctuar debido a cambios en la corriente o la temperatura.
Láseres de diodo individuales modo espaciales pueden ser diseñados con el fin de operar en un modo longitudinal único. Estos láseres de diodo individuales frecuencia exhiben un alto grado de estabilidad, y se utilizan en la espectroscopia y metrología, y como referencias de frecuencia. Soltero láseres de diodo de frecuencia clasificadas ya sea como retroalimentación distribuida (DFB) láseres o reflector Bragg distribuido (DBR) láseres.
Debido a la difracción, los diverge de haz (expande) rápidamente después de dejar el chip, por lo general a los 30 grados en vertical en 10 grados lateralmente. Una lente debe ser utilizado con el fin de formar un haz colimado como la producida por un puntero láser. Si se requiere un haz circular, se utilizan lentes cilíndricas y otras ópticas. Para los láseres de modo espacial único, utilizando lentes simétricas, el haz colimado termina siendo de forma elíptica, debido a la diferencia en las divergencias verticales y laterales. Esto es fácilmente observable con un rojo puntero láser.
El diodo simple descrito anteriormente ha sido muy modificada en los últimos años para dar cabida a la tecnología moderna, lo que resulta en una variedad de tipos de diodos de láser, tal como se describe a continuación.
Tipos [editar]
La estructura de diodo láser simple, descrito anteriormente, es extremadamente ineficiente. Tales dispositivos requieren tanta potencia que sólo pueden lograr un funcionamiento por impulsos sin sufrir daños. Aunque históricamente importante y fácil de explicar, estos dispositivos no son prácticos.
Láseres doble heteroestructura [editar]
Diagrama de la vista frontal de un doble diodo láser heteroestructura; no a escala
En estos dispositivos, una capa de baja banda prohibida material se intercala entre dos capas de banda prohibida alta. Un par de materiales de uso común es el arseniuro de galio (GaAs) con arseniuro de galio aluminio (Al x Ga (1-x) As). Cada una de las uniones entre diferentes materiales de banda prohibida se llama una heteroestructura, de ahí el nombre de "láser de heteroestructura doble" o DH láser. El tipo de diodo láser descrito en la primera parte del artículo puede ser denominado como una homounión láser, por contraste con estos dispositivos más populares.
La ventaja de un láser DH es que la región en la que existen los electrones y los huecos libres simultáneamente: la región activa -está confinado a la capa intermedia delgada. Esto significa que muchos más de los pares electrón-hueco se puede contribuir a la amplificación no tantos se quedan en la periferia pobre amplificación. Además, la luz se refleja desde la heterounión; Por lo tanto, la luz se limita a la región en la que la amplificación se lleva a cabo.
Láseres de pozo cuántico [editar]
Artículo principal: láser de pozo cuántico
Diagrama de la vista frontal de un sencillo de pozo cuántico diodo láser; no a escala
Si la capa media se hace lo suficientemente delgada, que actúa como un pozo cuántico. Esto significa que la variación vertical de electrones de la función de onda, y por lo tanto un componente de su energía, está cuantizada. La eficiencia de un láser de pozo cuántico es mayor que la de un láser de mayor debido a que la densidad de estados en función de electrones en el sistema de pozo cuántico tiene un borde abrupto que concentra electrones en estados de energía que contribuyen a la acción láser.
Los láseres que contienen más de una capa de pozo cuántico se conocen como múltiples pozos cuánticos láseres. Pozos cuánticos múltiples mejoran la superposición de la región de ganancia óptica con la guía de ondas modo.
Otras mejoras en la eficiencia láser también se han demostrado mediante la reducción de la capa de pozo cuántico a un cable cuántico o a un "mar" de puntos cuánticos.
Láseres de cascada cuántica [editar]
Artículo principal: láser de cascada cuántica
En un láser de cascada cuántica, la diferencia entre los niveles de energía de pozo cuántico se utiliza para la transición láser en lugar de la banda prohibida. Esto permite que la acción del láser en relativamente largas longitudes de onda, que pueden ser sintonizados simplemente alterando el espesor de la capa. Son láseres heterounión.
Separe los láseres de heteroestructura confinamiento [editar]
Diagrama de la vista frontal de una heteroestructura reclusión separada de pozo cuántico de diodos láser; no a escala
El problema con el diodo de pozo cuántico simple descrito anteriormente es que la capa delgada es simplemente demasiado pequeño para confinar eficazmente la luz. Para compensar, se añaden otras dos capas de fuera los tres primeros. Estas capas tienen un menor índice de refracción de las capas centrales, y por lo tanto limitan la luz con eficacia. Tal diseño se llama una heteroestructura confinamiento separado (SCH) del diodo láser.
Casi todos los diodos láser comerciales desde la década de 1990 han sido SCH diodos así cuántica.
Distribuidos láseres de reflector de Bragg [editar]
Un láser reflector Bragg distribuido (DBR) es un tipo de un solo diodo láser de frecuencia. [4] Se caracteriza por una cavidad óptica que consiste en una región de ganancia eléctricamente u ópticamente bombeado entre dos espejos para proporcionar retroalimentación. Uno de los espejos es un reflector de banda ancha y el otro espejo es la longitud de onda selectiva de manera que la ganancia se ve favorecida en un único modo longitudinal, lo que resulta en efecto láser en una sola frecuencia resonante. El espejo de banda ancha está generalmente recubierto con un recubrimiento de baja reflectividad para permitir la emisión. El espejo selectivo de longitud de onda es un estructurado periódicamente rejilla de difracción con alta reflectividad. La rejilla de difracción está dentro de una región no bombeado, o pasiva de la cavidad. Un láser DBR es un dispositivo de un solo chip monolítico con la rejilla grabada en el semiconductor. Láseres DBR pueden ser borde emisor de rayos láser o VCSELs. Arquitecturas híbridas alternativos que comparten la misma topología incluyen láseres de diodo cavidad y volumen Bragg láseres rejilla extendidos, pero estos no son llamados correctamente láseres DBR.
Láseres de realimentación distribuida [editar]
Artículo principal: Distribuido retroalimentación láser
Un láser de retroalimentación distribuida (DFB) es un tipo de un solo diodo láser de frecuencia. [4] DFB son el tipo más común transmisor en DWDM -Systems. Para estabilizar la longitud de onda de emisión láser, una rejilla de difracción es grabado al agua fuerte cerca de la unión pn del diodo. Esta rejilla actúa como un filtro óptico, causando una sola longitud de onda que se alimentan de nuevo a la región de ganancia y lase. Desde la rejilla proporciona la retroalimentación que se requiere para la acción láser, no se requiere la reflexión desde las facetas. Así, al menos una de las facetas de un DFB es recubierta antirreflectante. El láser DFB tiene una longitud de onda estable que se establece durante la fabricación por el paso de la rejilla, y sólo se puede ajustar ligeramente con la temperatura. Láseres DFB son ampliamente utilizados en aplicaciones de comunicaciones ópticas, donde una longitud de onda precisa y estable es crítico.
La corriente de umbral de este láser DFB, basándose en su característica estática, es de alrededor de 11 mA. La corriente de polarización adecuada en un régimen lineal podría ser tomado en el medio de la característica estática (50 mA).
VCSELs [editar]
Artículo principal: láser emisor de superficie de cavidad vertical-
Diagrama de una estructura VCSEL sencilla; no a escala
Láseres emisores de superficie de cavidad vertical (VCSEL) tienen el eje de cavidad óptica a lo largo de la dirección del flujo de corriente en lugar de perpendicular al flujo de corriente como en los diodos láser convencionales. La longitud región activa es muy corto en comparación con las dimensiones laterales de manera que la radiación emerge de la superficie de la cavidad en lugar de desde su borde como se muestra en la figura. Los reflectores en los extremos de la cavidad son espejos dieléctricos a base de alterna de alta y baja de múltiples capas de espesor índice de refracción de cuarto de onda.
Tales espejos dieléctricos proporcionan un alto grado de reflectancia de longitud de onda selectiva en la longitud de onda λ superficie libre requerido si los espesores de capas alternas d 1 y d 2 con índices de refracción n 1 y n 2 son tales que n 1 d 1 + n 2 d 2 = λ / 2, que conduce a la interferencia constructiva de todas las ondas parcialmente reflejadas en las interfaces. Pero hay un inconveniente: a causa de las altas reflectividades especulares, VCSELs tienen potencias de salida más bajos en comparación con los láseres de última generación que emiten.
Hay varias ventajas para la producción de VCSEL cuando se compara con el proceso de producción de láseres de borde emisores de luz. Edge-emisores no pueden ser probados hasta el final del proceso de producción. Si el borde de emisor no funciona, ya sea debido a malos contactos o la mala calidad del crecimiento material, el tiempo de producción y los materiales de procesamiento han sido en vano.
Además, debido a VCSEL emiten el haz perpendicular a la región activa del láser en lugar de paralelos como con un emisor de borde, decenas de miles de VCSEL pueden ser procesados simultáneamente en una oblea de arseniuro de galio de tres pulgadas. Además, aunque el proceso de producción es más VCSEL en mano de obra y material intensiva, el rendimiento puede ser controlado a un resultado más predecible. Sin embargo, normalmente muestran un nivel de potencia inferior.
VECSELs [editar]
Artículo principal: Vertical-externa-cavidad superficie emisores de láser
Láseres emisores de superficie de cavidad externa vertical o VECSELs, son similares a los VCSEL. En VCSEL, los espejos están típicamente cultivan epitaxial como parte de la estructura de diodo, o se cultivan por separado y unidos directamente al semiconductor que contiene la región activa. VECSELs se distinguen por una construcción en la que uno de los dos espejos es externa a la estructura de diodo. Como resultado, la cavidad incluye una región en el espacio libre. A distancia típica del diodo para el espejo externo sería de 1 cm.
Una de las características más interesantes de cualquier VECSEL es el pequeño espesor de la región de ganancia de semiconductores en la dirección de propagación, a menos de 100 nm. En contraste, un láser semiconductor convencional en el plano implica propagación de la luz a distancias de 250 micras de hacia arriba para 2 mm o más. La importancia de la distancia de propagación a corto es que causa el efecto de no linealidades "antiguiding" en la región de ganancia de láser de diodo a ser minimizado. El resultado es un haz óptico monomodo sección a gran cruz que no es alcanzable desde en el plano ("borde emisores") láseres de diodo.
Varios trabajadores demostraron VECSELs bombeados ópticamente, y se siguen desarrollando para muchas aplicaciones, incluyendo las fuentes de alta potencia para el uso en el mecanizado industrial (corte, perforación, etc.) debido a su inusualmente alta potencia y eficiencia cuando se bombea por multimodo barras láser de diodo . Sin embargo, debido a su falta de unión pn, VECSELs ópticamente bombeados-no se consideran los "láseres de diodo", y se clasifican como láseres semiconductores. [Cita requerida]
VECSELs de electricidad por bombeo también se han demostrado. Las solicitudes de VECSELs eléctricamente bombeado incluyen pantallas de proyección, servido por el doble de frecuencia de emisores VECSEL cerca-IR para producir luz azul y verde.
Láseres de diodo externo cavidades [editar]
Láseres de diodo externo cavidades son láseres sintonizables que utilizan heteroestructuras principalmente dobles diodos del Al x Ga (1-x) Como tipo. Los primeros láseres de diodo externo cavidades utilizadas etalones intracavidad [5] y simples rejillas Littrow sintonización. [6] Otros diseños incluyen rejillas en configuración pastoreo-incidencia y múltiples configuraciones de prisma de rejilla. [7]
Mecanismos de falla [editar]
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Diodos láser tienen las mismas fiabilidad cuestiones y fracaso como diodos emisores de luz. Además están sujetos a daños catastróficos óptica (COD) cuando se opera a una potencia mayor.
Muchos de los avances en la fiabilidad de los láseres de diodo en los últimos 20 años siguen siendo propiedad de sus desarrolladores. La fiabilidad de un diodo láser puede hacer o romper una línea de productos. Por otra parte, la ingeniería inversa no siempre es capaz de revelar las diferencias entre los productos láser de diodo más fiables y menos fiables.
En el borde de un láser de diodo, donde se emite la luz, un espejo está formada tradicionalmente por la escisión de la oblea de semiconductor para formar un plano especularmente reflectante. Este enfoque se ve facilitada por la debilidad de la [110] cristalográfica avión en cristales semiconductores III-V (tales como GaAs, InP, GaSb, etc.) en comparación con otros aviones. Un rasguño hecho en el borde de la oblea y una fuerza de flexión leve causa un plano de clivaje de espejo casi atómicamente perfecta para formar y propagar en una línea recta a través de la oblea.
Pero sucede que los estados atómicos en el plano de clivaje se alteran (en comparación con sus propiedades a granel dentro del cristal) por la terminación de la red perfectamente periódica en ese avión. Estados de superficie en el plano escindido tienen niveles de energía dentro de la (prohibido de otra forma ) banda prohibida del semiconductor.
Esencialmente, como resultado, cuando la luz se propaga a través del plano de clivaje y tránsitos a espacio libre desde dentro del cristal semiconductor, una fracción de la energía luminosa es absorbida por los estados de la superficie donde se convierte en calor por fonón - electrón interacciones. Esto calienta el espejo escindido. Además, el espejo puede calentar simplemente porque el borde de la láser de diodo, que es eléctricamente bombea-está en contacto menos-que-perfecta con el montaje que proporciona un camino para la eliminación de calor. La calefacción del espejo hace que la banda prohibida del semiconductor para reducir el tamaño de las zonas más cálidas. La contracción de banda prohibida trae transiciones más electrónicos de banda a banda en alineación con la energía del fotón causando aún más la absorción. Esto es fuera de control térmico, una forma de retroalimentación positiva, y el resultado puede ser derritiendo de la faceta, conocido como daños óptica catastrófica, o contra reembolso.
En la década de 1970, este problema, que es particularmente irritante para los láseres de GaAs basado en emisores de entre 0.630 micras y 1 micras longitudes de onda (menos para los láseres basados en InP utilizados para las telecomunicaciones de larga distancia que emiten entre 1,3 micras y 2 micras), se identificó . Michael Ettenberg, investigador y más tarde vicepresidente de RCA Laboratories David Sarnoff Research Center en Princeton, Nueva Jersey, idearon una solución. Una fina capa de óxido de aluminio se depositó sobre la faceta. Si el espesor de óxido de aluminio se escoge correctamente, funciona como un revestimiento anti-reflectante, reduciendo la reflexión en la superficie. Esto alivió la calefacción y la DQO en la faceta.
Desde entonces, se han empleado varios otros refinamientos. Un enfoque consiste en crear un espejo no absorbente llamada (NAM) de tal manera que el último 10 micras o menos antes de la luz se emite desde la faceta escindido se vuelve no absorbe en la longitud de onda de interés.
En los primeros años 1990, SDL, Inc. comenzó a suministrar los láseres de diodo de alta potencia con buenas características de fiabilidad. CEO Donald Scifres y CTO David Welch presentaron nuevos datos de rendimiento de fiabilidad a, por ejemplo, SPIE conferencias Fotónica Oeste de la época. Los métodos utilizados por SDL para derrotar DQO se consideraron altamente propietaria y todavía no revelada públicamente a partir de junio de 2006.
A mediados de la década de 1990, IBM Research (Ruschlikon, Suiza) anunció que había ideado el llamado "proceso de E2", que confiere una extraordinaria resistencia a la DQO en láseres basados en GaAs. Este proceso también fue revelada a partir de junio de 2006.
Fiabilidad de barras de la bomba de láser de diodo de alta potencia (usados para bombear láseres de estado sólido) sigue siendo un problema difícil en una variedad de aplicaciones, a pesar de estos avances de propiedad. De hecho, la física de la insuficiencia láser de diodo es todavía están elaborando y la investigación sobre este tema sigue siendo activo, si es propietaria.
La extensión de la vida útil de los diodos láser es crítico para su adaptación continua a una amplia variedad de aplicaciones.
Usos [editar]
Diodos láser pueden ser dispuestos para producir potencias muy altas, de onda continua o pulsada. Tales matrices pueden usarse para bombear eficientemente láseres de estado sólido para alta potencia media de perforación, ardor o de fusión por confinamiento inercial.
Los diodos láser son numéricamente el tipo de láser más común, con 2004 ventas de aproximadamente de 733 millones de unidades, [8], en comparación con 131.000 de otros tipos de láseres. [9]
Los diodos láser encuentra un amplio uso en telecomunicaciones tan fácilmente modulada y fácilmente acoplado fuentes de luz para fibra óptica de comunicación. Se utilizan en diversos instrumentos de medición, tales como telémetros. Otro uso común es en los lectores de códigos de barras. Visible láser, típicamente rojo, pero más tarde también verdes, son comunes como los punteros láser. Ambos diodos de baja y alta potencia se utilizan ampliamente en la industria de impresión tanto en lo que fuentes de luz para la exploración (de entrada) de las imágenes y de muy alta velocidad y plancha de impresión de alta resolución (salida) de fabricación. Infrarrojos y diodos láser rojos son comunes en reproductores de CD, CD-ROM y DVD tecnología. Violeta láseres son utilizados en HD DVD y Blu-ray tecnología. Láseres de diodo también han encontrado muchas aplicaciones en espectrometría de absorción láser (LAS) de alta velocidad, la evaluación de bajo costo o un control de la concentración de varias especies en fase gaseosa. Diodos láser de alta potencia se utilizan en aplicaciones industriales, tales como el tratamiento térmico, revestimiento, soldadura continua y para el bombeo de otros láseres, como láseres de estado sólido diodo-bombeado.
Usos de los diodos láser pueden clasificarse de diversas maneras. La mayoría de las aplicaciones podrían ser atendidos por grandes láseres de estado sólido u osciladores paramétricos ópticos, pero el bajo costo de los láseres de diodo de producción masiva hace esencial para las aplicaciones del mercado de masas. Los láseres de diodo se pueden utilizar en un gran número de campos; ya que la luz tiene muchas propiedades diferentes (poder, de longitud de onda, espectrales y la calidad del haz, polarización, etc.) es útil para clasificar las solicitudes de estas propiedades básicas.
Muchas aplicaciones de los láseres de diodo hacen principalmente el uso de la propiedad "energía dirigida" de un haz óptico. En esta categoría, se podría incluir a las impresoras láser, lectores de códigos de barras, digitalización de imagen, iluminadores, designadores, grabación de datos ópticos, ignición de combustión, cirugía láser, clasificación industrial, mecanizado industrial, y dirigida armamento energía. Algunas de estas aplicaciones son bien establecida, mientras que otros están surgiendo.
Medicina láser:. La medicina y especialmente la odontología han encontrado muchos usos nuevos para los láseres de diodo [10] [11] [12] El tamaño encogimiento de las unidades y su creciente facilidad de uso hace que sean muy atractivos para los clínicos para los procedimientos de tejidos blandos menores. Los 800 nm - 980 nm unidades tienen una alta tasa de absorción de la hemoglobina y por lo tanto hacen ideales para aplicaciones de tejidos blandos, donde la buena hemostasia es necesario.
Utiliza lo que puede hacer uso de la coherencia de la luz generada por el diodo láser incluyen la medición interferométrica distancia, la holografía, comunicaciones coherentes y control coherente de las reacciones químicas.
Usos que pueden hacer uso de las propiedades "estrechas espectrales" de láseres de diodo incluyen gama de investigación, las telecomunicaciones, infrarrojos contramedidas, detección espectroscópica, generación de ondas de radio frecuencia o terahercios, la preparación del estado de reloj atómico, la criptografía de clave cuántica, duplicación frecuencia y conversión, la purificación del agua (en el UV), y la terapia fotodinámica (donde una longitud de onda particular de la luz podría causar una sustancia tal como porfirina para convertirse químicamente activo como un agente anti-cáncer sólo donde el tejido es iluminada por la luz).
Utiliza donde la calidad deseada de los diodos láser es su capacidad para generar pulsos ultracortos de luz mediante la técnica conocida como "modo de bloqueo" incluyen distribución de reloj para los circuitos integrados de alto rendimiento, fuentes de alto pico de potencia para la descomposición inducida por láser detección de la espectroscopia, la generación de forma de onda arbitraria para las ondas de radiofrecuencia, muestreo fotónica para la conversión de analógico a digital y los sistemas óptico por división de código de múltiples de acceso para la comunicación segura.
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