Paramètres, principes et applications de la diode laser

Le principe de fonctionnement des diodes laser à semi-conducteurs est théoriquement le même que celui des lasers à gaz.
La diode laser est essentiellement une diode semi-conductrice. Selon que le matériau de la jonction PN est le même, la diode laser peut être divisée en diodes laser à homojonction, à hétérojonction simple (SH), à double hétérojonction (DH) et à puits quantique (QW). Les diodes laser à puits quantiques présentent les avantages d’un faible courant de seuil et d’une puissance de sortie élevée et sont actuellement des produits courants sur le marché. Par rapport aux lasers, les diodes laser présentent les avantages d’un rendement élevé, d’une petite taille et d’une longue durée de vie. Cependant, leur puissance de sortie est faible (généralement inférieure à 2 mW), leur linéarité et leur monochromaticité ne sont pas très bonnes, ce qui limite leur application dans les systèmes de télévision par câble. Très limité, ne peut pas transmettre de signaux analogiques multicanaux hautes performances. Dans le module de liaison d'un récepteur optique bidirectionnel, des diodes laser à puits quantiques sont généralement utilisées comme sources lumineuses pour la transmission en liaison montante.

Essence de diode laser
La diode laser est essentiellement une diode semi-conductrice. Selon que le matériau de la jonction PN est le même, la diode laser peut être divisée en diodes laser à homojonction, à hétérojonction simple (SH), à double hétérojonction (DH) et à puits quantique (QW). Les diodes laser à puits quantiques présentent les avantages d’un faible courant de seuil et d’une puissance de sortie élevée et sont actuellement des produits courants sur le marché. Par rapport aux lasers, les diodes laser présentent les avantages d’un rendement élevé, d’une petite taille et d’une longue durée de vie. Cependant, leur puissance de sortie est faible (généralement inférieure à 2 mW), leur linéarité et leur monochromaticité ne sont pas très bonnes, ce qui limite leur application dans les systèmes de télévision par câble. Très limité, ne peut pas transmettre de signaux analogiques multicanaux hautes performances. Dans le module de liaison d'un récepteur optique bidirectionnel, des diodes laser à puits quantiques sont généralement utilisées comme sources lumineuses pour la transmission en liaison montante.

La structure de base d’une diode laser à semi-conducteur est celle illustrée sur la figure. Une paire de plans parallèles perpendiculaires à la jonction PN forment une cavité résonante Fabry-Pérot. Il peut s'agir de plans de clivage du cristal semi-conducteur ou de plans polis. Les deux côtés restants sont relativement rugueux pour éliminer l'effet laser dans d'autres directions que la direction principale.

En fonctionnement spécifique, la jonction PN de la diode laser est formée de deux couches d'arséniure de gallium dopées. Il comporte deux structures à extrémités plates, une en miroir parallèle à l'extrémité (une surface hautement réfléchissante) et une partiellement réfléchissante. La longueur d’onde de la lumière à émettre est exactement liée à la longueur de l’articulation. Lorsqu'une jonction PN est polarisée en direct par une source de tension externe, les électrons se déplacent à travers la jonction et se recombinent comme une diode normale. Lorsque les électrons se recombinent avec les trous, des photons sont libérés. Ces photons frappent les atomes, provoquant la libération d’un plus grand nombre de photons. À mesure que le courant de polarisation directe augmente, davantage d’électrons pénètrent dans la région d’appauvrissement et provoquent l’émission de davantage de photons.

Il existe deux diodes laser couramment utilisées : ①Photodiode PIN. Lorsqu’il reçoit de la puissance optique et génère du photocourant, il génère un bruit quantique. ②Photodiode à avalanche. Il fournit une amplification interne et peut transmettre plus loin qu'une photodiode PIN, mais a un bruit quantique plus important. Afin d'obtenir un bon rapport signal sur bruit, un préamplificateur à faible bruit et un amplificateur principal doivent être connectés derrière le dispositif de photodétection.

Les paramètres couramment utilisés des diodes laser à semi-conducteurs sont :
(1) Longueur d'onde : c'est-à-dire la longueur d'onde de travail du tube laser. Actuellement, les longueurs d'onde des tubes laser pouvant être utilisés comme commutateurs photoélectriques comprennent 635 nm, 650 nm, 670 nm, 690 nm, 780 nm, 810 nm, 860 nm, 980 nm, etc.

(2) Courant de seuil Ith : c'est-à-dire le courant auquel le tube laser commence à générer une oscillation laser. Pour les tubes laser généraux de faible puissance, sa valeur est d'environ plusieurs dizaines de milliampères. Le courant de seuil des tubes laser dotés d’une structure contrainte à plusieurs puits quantiques peut être aussi faible que 10 mA. ce qui suit.

(3) Courant de fonctionnement Iop : c'est-à-dire le courant d'entraînement lorsque le tube laser atteint la puissance de sortie nominale. Cette valeur est importante pour la conception et le débogage du circuit de pilotage laser.

(4) Angle de divergence verticale θ⊥ : L'angle auquel la bande lumineuse de la diode laser s'ouvre dans la direction perpendiculaire à la jonction PN, généralement autour de 15 degrés ~ 40 degrés.

(5) Angle de divergence horizontal θ∥ : L'angle auquel la bande lumineuse de la diode laser s'ouvre dans la direction parallèle à la jonction PN, généralement autour de 6 degrés ~ 10 degrés.

(6) Courant de surveillance Im : c'est-à-dire le courant circulant à travers le tube PIN lorsque le tube laser est à la puissance de sortie nominale.

Dans la vraie vie, les diodes laser sont largement utilisées dans les domaines des sciences de l'information, tels que les communications par fibre optique, le stockage sur disque optique, l'impression et la copie et la cosmétologie médicale. Pour des applications spécifiques, la sélection doit être combinée avec ses principaux paramètres techniques, notamment la longueur d'onde, la puissance de sortie, le courant de fonctionnement, la tension de fonctionnement, etc. Les diodes laser sont également largement utilisées dans les dispositifs optoélectroniques de faible puissance tels que les lecteurs de disques optiques sur les ordinateurs et les imprimantes. têtes dans les imprimantes laser.

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