ELEKTROSAM.RU

Sokeri

Laser-LED eroaa pohjimmiltaan tavanomaisesta LED: stä sisäänrakennetun resonaattorin läsnä ollessa, joka mahdollistaa suuren koherenssin aiheuttaman indusoidun säteilyn (optisten värähtelyjen vaiheiden välinen johdonmukaisuus).

Puolijohdelaserissa säteily indusoidaan pakotetulla rekombinaatiolla. Tämä mahdollistaa säteilyn ohjaamisen sähkömagneettisten aaltojen avulla ja muodostaa yhtenäisen valovirran.

Selvitetään, miten se toimii?

Kuvittele, että tasainen pn-liitos siirtyy eteenpäin (kuva 1). Tässä tapauksessa reikien injektointi alueelle n tapahtuu ja päinvastoin - elektronit alueelle p. Tämän siirtymän aikana rekombinaatio voi tapahtua raja-alueella (aktiivinen), johon liittyy kvantin emissio. Tällaista säteilyä kutsutaan spontaaniksi. Spontaanin säteilyn perusteella tavalliset LEDit toimivat. Jos elektroni ja reikä ovat aktiivisessa vyöhykkeessä lyhyellä etäisyydellä ja tietyn (resonanssin) taajuuden kvantti kulkee tämän alueen läpi, rekombinaatio tapahtuu tahattomasti. Tässä tapauksessa kohdennetaan toinen valon kvantti, jolla on samat parametrit kuin rekombinaatiota aiheuttanut kvantti. Pakotetun rekombinaation lisäämiseksi puolijohdekiteen päät tehdään samansuuntaisesti ja kiillotetaan (kuviossa 1 ne on nimetty "optisesti tasaiseksi kasvoksi"). Täten luodaan niin kutsuttu optinen resonaattori. Quanta, joka heijastuu toistuvasti kiillotetuista pinnoista, "lentää" siirtymävaiheessa provosoimalla pakotettuja rekombinaatioprosesseja. Lopulta ne menevät ulos suuntaan, joka on kohtisuorassa optisesti sileille pinnoille. Kun tällaisesta stimulaatiosta saatu kvanttimäärä ylittää merkittävästi spontaanisti ilmestyneen määrän, alkaa lasing.

Säteilyn intensiteetti riippuu pn-liitoksen läpi virtaavan virran voimakkuudesta. Alhaisilla virtauksilla laser toimii kuin tehoton tavallinen LED, koska tapahtuu vain spontaani säteily. Kun virta ylittää tietyn kynnysarvon - säteily pakotetaan ja sen teho kasvaa jyrkästi. Tätä menetelmää laser-säteilyn stimuloimiseksi kutsutaan usein pumppaukseksi sähkövirralla. On myös menetelmä optista pumppausta varten, kun puolijohdetomeja herättää kvantti voimakkaasta (ei välttämättä johdonmukaisesta) emitteristä.

Puolijohdekristallien tulo, diffraktiosta johtuva koherentti valo on hajallaan kaikkiin suuntiin. Näin ollen kapean säteen muodostamiseksi on välttämätöntä käyttää keräyslinssejä.

Aallonpituusalue, johon puolijohdelaseri voidaan muodostaa, kattaa suurimman osan näkyvästä spektristä sekä lähi- ja keskimmäisestä infrapunasäteestä.

Tietenkin laser-LED on nykyään tehnyt monia muutoksia ja parannuksia suunnittelussaan, se on jo monimutkaisempi rakenne kuin yksinkertainen pn-liitos, mutta sen työn perusperiaate pysyy yllä kuvatulla tavalla.

Tärkeimmät laserdiodien valmistuksessa käytetyt materiaalit ovat gallium-arsenidi GaAs, alumiini gallium-arseenidi AlGaAs, galliumfosfidi GaP, galliumnitridi GaN, indium-galliumnitridi InGaN ja muut.

Laser-LEDejä tai puolijohdelasereita käytetään laajasti eri aloilla. Niitä käytetään kuituoptisten viestintäjärjestelmien, viivakoodilukijoiden. Erilaisissa kodinkoneissa: tietokonehiiret, CD-soittimet, projektorit ja tietysti laserosoittimet.

Suuritehoisia LED-valoja käytetään solid-state-lasereiden pumppaamiseen, jolloin voit saada erittäin korkean hyötysuhteen.

Toinen sovellus on laserspektroskopia, jossa lasereiden käyttö on mahdollistanut pohjimmiltaan uusien menetelmien käyttämisen aineiden tutkimukseen. Laserit ovat välttämättömiä tieteellisessä tutkimuksessa, niitä tuodaan aktiivisesti lääketieteessä sekä diagnostisiin että terapeuttisiin tarkoituksiin.

Laserdiodit: toimintaperiaate, tyypit ja sovellukset

Puolijohdelasodiodin keksintöä pidetään arvokkaasti yhtenä parhaista saavutuksista viime vuosisadan toisen puoliskon fysiikan alalla. Neuvostoliiton ja amerikkalaisten tiedemiesten itsenäinen kehittäminen kiinteän aineen optisen säteilyn alalla, joka toteutettiin yli puoli vuosisataa sitten, osoittaa nykyään niiden tehokkuuden kotimaisessa, teollisessa ja sotilaallisessa alalla.
Toisin kuin valoa emittoivat diodit, joiden työ perustuu fotonien spontaaniin päästöihin, laserdiodeilla on monimutkaisempi toimintaperiaate ja kiderakenne.

Toimintaperiaate

Ymmärtääksemme, missä fotonit tulevat, harkitse rekombinaatioprosessia (vapaan kantajan parin katoaminen - elektroni ja reikä). Kun suora jännite syötetään p-n diodiliitokseen, injektio tapahtuu, ts. ei-tasapainoisten kantajien pitoisuuden jyrkkä kasvu. Injektointiprosessissa elektronit ja reiät liikkuvat toisiaan kohti, yhdistyvät, vapauttavat energiaa hiukkasena - fotona ja kvasipartikkelina - foneonina. Tämä on LEDissä havaittu spontaani emissio.

Laserdiodin tapauksessa spontaanin sijasta on välttämätöntä käynnistää stimuloitujen fotonien emissiomekanismi samoilla parametreilla. Tätä varten muodostetaan optinen resonaattori kiteestä, jonka läpi valittu taajuus pakottaa elektronin kantajat rekombinaatioon, mikä edesauttaa uusien polarisaation ja faasin fotonien esiintymistä. Niitä kutsutaan yhtenäisiksi.

Tällöin lasing on mahdollista vain, jos ylemmällä energian tasolla on liian suuri määrä elektronikantoa, joka vapautuu injektion seurauksena. Tätä varten käytä tällaisen voiman pumpun virtaa elektronisten populaatioiden kääntämiseksi. Tällä ilmiöllä tarkoitetaan tilaa, jossa ylempi taso on paljon enemmän asuttu elektronien kanssa kuin alempi. Tämän seurauksena stimuloidaan johdonmukaista fotonisäteilyä.

Lisäksi tällaiset fotonit heijastuvat toistuvasti optisen resonaattorin reunoista, jotka käynnistävät positiivisen palautteen käynnistämisen. Tämä ilmiö on lumivyörymäinen, minkä seurauksena syntyy lasersäde. Näin ollen minkä tahansa optisen generaattorin, mukaan lukien laserdiodin, luominen edellyttää kahden ehdon täyttämistä:

  • koherenttien fotonien läsnäolo;
  • positiivisen optisen palautteen järjestäminen (IEE).

Niin, että muodostettu säde ei ole hajaantunut diffraktion vuoksi, laite kootaan keräyslinssillä. Asennetun linssin tyyppi riippuu laserin tyypistä.

Laserdiodien tyypit

Kehitysvuosien aikana laserdiodilaite on muuttunut paljon. Sen suunnittelua parannettiin suurelta osin korkean teknologian laitteiden syntymisen vuoksi. Puolijohdekiteen dopingin ja kiillotuksen korkein tarkkuus sekä heterostrukturaalisen mallin luominen ovat tekijöitä, jotka varmistivat korkean heijastuskertoimen kide-ilma-rajapinnassa ja koherentin säteilyn muodostumisen.

Ensimmäisellä laserdiodilla (diodi, jossa oli homostruktura) oli yksi p-n-liitos ja se voi toimia yksinomaan pulssimoodissa kristallin nopean ylikuumenemisen vuoksi. Sillä on vain historiallinen merkitys eikä sitä sovelleta käytännössä.

Laserdiodi, jossa on kaksois heterostruktuuria (DGS-diodi) osoittautui tehokkaammaksi. Sen kide perustuu kahteen heterostrukturiin. Jokainen heterostruktuuri on materiaali (gallium-arsenidi ja alumiini gallium-arseniidi), jossa on pieni kaistaväli, joka sijaitsee kerrosten välissä suuremmalla nauhavälillä. Laserdiodin DGS: n etu on bipolaaristen kantajien konsentraation merkittävä kasvu ohutkerroksessa, mikä nopeuttaa suuresti positiivisen palautteen ilmentymistä. Lisäksi fotonien heijastuminen heterojunctioista johtaa niiden konsentraation pienenemiseen alhaisen amplifikaation alueella ja siten lisää koko laitteen tehokkuutta.

Laserdiodi, jossa on kvanttikaivot, perustuu DGS-diodin periaatteeseen, mutta ohuempaan aktiiviseen alueeseen. Tämä tarkoittaa sitä, että alkuainehiukkaset, jotka joutuvat tällaiseen potentiaalikaivoon, alkavat liikkua samassa tasossa. Tässä tapauksessa kvantisointivaikutus korvaa mahdollisen esteen ja toimii säteilyn generaattorina.

DGS-diodeissa olevan valovirran riittämätön retentiohyötysuhde johti heterostrukturoidun laserin luomiseen erillisellä pidätyksellä. Tässä mallissa kide on lisäksi peitetty kummallakin puolella materiaalikerroksella. Näiden kerrosten matalammasta taitekertoimesta huolimatta he pitävät hiukkaset luotettavasti ja toimivat valo-ohjaimena. SCH-tekniikka on johtava asema diodilasereiden tuotannossa.

Hajautetun palautteen omaava laserdiodi (ROS) on osa optisten laitteiden rakentamista tietoliikennejärjestelmien rakentamiseen. Laserin DFB: n aallonpituus on vakio, joka saavutetaan levittämällä poikittainen lovi puolijohdolle pn-liitoksen alueella. Lovi suorittaa diffraktioristikon toiminnon, jolloin fotonit palautetaan resonaattorille vain yhdellä (määritetyllä) aallonpituudella. Nämä koherentit fotonit osallistuvat monistukseen.

Pinta-emittoiva laserdiodi, jossa on pystysuuntainen resonaattori tai pystysuuntaisesti emittoiva laser VIL (eng. - VCSEL), päinvastoin kuin aiemmin tarkastellut laitteet lähettävät valokehää, joka on kohtisuorassa kiteen pintaan nähden. VCSEL: n suunnittelu perustuu menetelmään, jossa käytetään pystysuuntaisia ​​optisia mikrosesonaattoreita peileillä, sekä DHS-menetelmän ja kvanttikaivon saavutuksia. VCSEL-tekniikan etuna on lämpötilan ja säteilyn stabiilisuus, kiteiden ryhmätuotannon mahdollisuus ja niiden testaus suoraan valmistusvaiheessa.

VCSEL-muunnos on VIL ulkoisella resonaattorilla (eng. - VECSEL). Molemmat laserdiodit on sijoitettu korkean suorituskyvyn laitteiksi, jotka pystyvät toimittamaan datansiirron tulevaisuudessa nopeudella jopa 25 Gbit / s kuituoptisen viestinnän kautta.

Kehon tyypit

Laserdiodien suosio pakotti valmistajia kehittämään itsenäisesti uusia kotelointityyppejä. Kun otetaan huomioon niiden erityistarkoitus, yritykset julkaisivat yhä enemmän uusia kristallin suojaus- ja jäähdytystyyppejä, jotka johtivat yhdistymisen puutteeseen. Tällä hetkellä ei ole olemassa laserdiodikoteloita koskevia kansainvälisiä standardeja.
Yritettäessä palauttaa järjestystä suuret valmistajat tekevät sopimuksen rakennusten yhdistämisestä. Kuitenkin ennen tuntemattoman laserdiodin käytännön soveltamista on aina tarpeen määritellä johdinten tarkoitus ja säteilyn aallonpituus riippumatta tutusta tapaustyypistä. Teollisesti tuotettujen puolijohdelaserien joukossa on kahta tyyppiä, joissa on seuraavat kotelot.
1 Laitteet, joissa on avoin optinen kanava:

  • TO-can (transistori-out-line-metallipakkauspaketti). Runko on valmistettu metallista ja sitä käytetään transistoreiden valmistukseen;
  • C-mount;
  • D-mount.

2 Instrumentit, joissa on kuitutuotanto:

  • DIL (Dual-In-Line);
  • DBUT (Dual-Butterfly);
  • SBUT (Single-Butterfly).

hakemus

Jokainen laserdiodin tyyppi löytää käytännön sovelluksen sen ainutlaatuisten ominaisuuksien vuoksi. Pienitehoisten näytteiden kustannukset ovat vähentyneet useita kertoja, mikä käy ilmi niiden käytöstä lasten leluissa ja viitteissä. Ne varustavat laser ruletin etäisyysmittarit, joiden avulla yksi henkilö voi mitata etäisyyksiä ja niihin liittyviä laskelmia. Punaiset laserit perustuvat viivakoodilukijoiden, tietokoneen manipulaattoreiden ja DVD-soittimien työhön. Joitakin lajeja käytetään tutkimuksessa ja muiden lasereiden pumppaamisessa. Suosituimmat laserdiodit tiedonsiirtoa varten valokuituverkkoissa. Uudet VCSEL-mallit tarjoavat 10 Gbit / s nopeuden, mikä avaa lisämahdollisuuksia tietoliikennepalvelujen monimutkaiselle, mukaan lukien:

  • edistää Internetin nopeuden kasvua;
  • parantaa puhelin- ja videopuheluja;
  • parantaa televisiovastaanoton laatua.

Laserdiodin parantamisen tuloksena on lisääntynyt käyttöikä, joka on nyt verrattavissa valoa lähettävien diodien vikojen väliseen aikaan. Pumpun virran pienentäminen lisäsi laitteiden luotettavuutta, ja niiden panos teknologian kehitykseen ei ole vähäisempi kuin muiden elektronisten komponenttien.

LEDin ja laserin vertailuominaisuudet;

Säteilylähteiden tärkeimmät parametrit ja ominaisuudet.

Vaatimukset kuituoptisten yhteyksien säteilylähteille

1. Lasereiden ja LEDien on tutkittava valon energia aallonpituudella, joka vastaa yhtä optisen kaapelin optisen kuidun kokonaishäviön vähimmäismääristä.

2. Varmista säteilyn tehokas syöttö valo-ohjaimeen.

3. Pienet kokonaismitat, massa.

4. Käytä vähän virtaa.

5. Ole yksinkertainen, luotettava, kestävä.

1. Säteilyn aallonpituus λ,

2. Päästöspektrin leveys Δλ,

3. Säteilyteho P,

4. Virrankulutus

5. Maksimimodulaatiotaajuusraja fmax,

6. Säteilyteho,

7. Watt-ampeerin ominaisuus

8. Spektrinen ominaisuus.

Toisin kuin LED: ssä oleva laser, säteily tapahtuu spontaanisti (spontaanisti) ja säde on pienempi säteilyteho ja laaja säteilykuvio.

LED-valon lähtötehon riippuvuus virravirrasta on lähes lineaarinen (kuva 15.4). Lasereissa tämä riippuvuus on jyrkästi epälineaarinen. Tietyn arvon, jota kutsutaan kynnysarvoksi, jälkeen teho kasvaa jyrkästi ja sen riippuvuus nykyisestä merkittävästi muuttuu. Kynnysvirran vähäinen ylitys johtaa laser- kohinan lisääntymiseen ja laitteen käyttöiän pienenemiseen. Generointikynnys riippuu käyttölämpötilasta ja ajan myötä tapahtuvista muutoksista. Siksi siirtimen ja moduloivan signaalin säätämiseksi lähettimessä tulisi tarkastella takaisinkytkentäpiiriä.

Puolijohdelaserit tuottavat enemmän kuin LEDit, lähtöteho on jopa 10 15 mW, LEDeille - 1... 3mW.

LEDien Δλ = 30... 100nm leveä emissiospektri ylittää kymmenien kertojen laserien spektrin leveyden lasereille Δλ = 2nm.

Säteilyteho on vakio jopa fmax - suurin sallittu modulointitaajuus. Taajuuksilla yli fmax säteilylähteen tehokkuus putoaa. LEDit fmax 100... 200 MHz, kun taas laserit ovat yli 2 GHz.

LEDiä käytetään jopa 100 Mbps: n datanopeuksilla ja laserit ovat myös yli 100 Mbps.

LEDit ovat kuitenkin helpompia valmistaa, halvempia ja niillä on parempi kestävyys (LED: llä on 10 6 tuntia, laserilla on jopa 10 5 tuntia).

Mitkä ovat LEDien tyypit

Tällä hetkellä LEDit ovat saaneet suuren suosion. Samaan aikaan ei ole mahdollista erottaa niitä selvästi voiman, kirkkauden, käyttöalueen, muotokertoimen ja muiden parametrien välillä, koska jokaisella valmistajalla on oma luokitus. Erilaisia ​​LED-valoja voidaan kuitenkin yhdistää luokkiin joidenkin ominaispiirteiden mukaan.

LED-ilmaisin ja valaistus

Jotta voitaisiin selkeämmin kuvata, millaisia ​​LED-valoja on, ne voidaan jakaa kahteen suureen ryhmään: ilmaisin ja valaistus.

Merkkivaloja käytetään lähinnä värin ilmaisuun sekä näyttöjen, kojelautojen ja muiden laitteiden valaistukseen. Toisin sanoen nämä LEDit ovat suhteellisen pienellä teholla (jopa 0,2 W) kohtuullisella kirkkaudella.

Valaistuksen merkkivaloja käytetään valaisemassa tiloja LED-valaisimien ja -nauhojen koostumuksessa, autojen ajovalaisimissa ja kaikkialla, missä tarvitaan suurta valaistustehoa. Tällaisten LEDien teho voi nousta kymmeniin watteihin.

LED-ilmaisimet

Merkkivalot voidaan puolestaan ​​jakaa useisiin ryhmiin.

Dip-LEDit

Tämäntyyppiset valoa emittoivat diodit ovat valoa emittoiva kide lähtökotelossa, usein kuperalla linssillä. Rungon tyypit: lieriömäiset, halkaisijaltaan 3, 4, 5, 8, 10... mm ja suorakulmaiset.

Saatavana hyvin monenlaisina väreinä - IR- ja UV-alueisiin asti. Ne voivat olla sekä yksivärisiä että monivärisiä (kun useissa eri väreissä olevat kiteet keskitetään yhteen tapaukseen), esimerkiksi RGB.

Näiden LEDien yksi haittapuoli on valovirran hajotuskulma: yleensä enintään 60 °.

Super Flux “Piranha”

Rakenteellisesti Piranhan LED-valot ovat suorakulmaisia ​​pakkauksia, joissa on neljä johtoa. Tämän mallin avulla voit kiinnittää LED-levyn turvallisesti.

Saatavilla olevat lajikkeet: punainen, vihreä, sininen ja kolme valkoista (vaihtelevat lämpötilassa). Saatavana tapauksissa, joissa on linssi (3 ja 5 mm) ja ilman sitä. Hajontakulma vaihtelee välillä 40⁰ 120⁰.

Piranhan sovellusalue on autolaitteiden, päivänvalojen, mainosmerkkien jne. Valaistus.

Olkihattu

Piranhan ohella Straw Hat (“olkihattu”) -merkkivaloilla on suuri valonvirtauksen hajontakulma. Ulkopuolella ne muistuttavat tavallista kahden ulostulon sylinterimäistä LEDiä, mutta niiden korkeus on pienempi ja linssin säde on suurempi, ja niiden nimi on.

Näissä LEDeissä oleva emittoiva kide sijaitsee lähempänä linssin etuseinää (älä unohda lukea linssin tarkoituksesta LED: lle), jolloin saavutetaan sirontakulma luokkaa 100-140⁰.

Saatavana on punainen, sininen, vihreä, keltainen ja valkoinen LED. Sen ansiosta, että se pystyy luomaan ei-suuntaista säteilyä, sitä voidaan käyttää koristetarkoituksiin korvaamaan hätävaroitusvaloja ja muita paikkoja, joissa tarvitaan tasaista valaistusta ja alhainen virrankulutus.

SMD-LEDit

Lähdön LEDien lisäksi on saatavilla SMD-tyyppisiä LEDejä. Näihin kuuluvat erittäin kirkkaat värit ja valkoiset LED-valot, joiden teho on noin 0,1 W pintakokoonpanossa. Kotelon koot ovat tavallisesti standardeja kaikille SMD-tyyppisille elementeille: 0603, 0805, 1210 jne., Joissa tarra osoittaa pituuden ja leveyden tuhatta millimetriä. Tässä tapauksessa molemmat lajit ovat kupera linssi ja ilman sitä.

Helppo asentaa, LED-nauhat valmistetaan näiden LEDien perusteella. Esimerkiksi Cree SMD 3528 LED on yleisesti tunnettu tällä alueella.

LED-valaistus

Näitä LED-valoja käytetään valaistushuoneissa ja kaduissa osana lamppuja, auton ajovaloja, LED-nauhoja jne. Tässä suhteessa niillä on suuri teho, korkea säteilyn voimakkuus, ja ne ovat saatavilla vain valkoisena värinä pintakäsittelyssä.

Kaksi eri väriä, jotka eroavat värilämpötilassa, valmistetaan tavallisesti: viileä valkoinen (viileä valkoinen) ja lämmin valkoinen (lämmin valkoinen).

Koska valkoisessa valossa säteileviä kiteitä ei ole luonteeltaan, valaistuksen merkkivalojen tuotannossa käytetään erilaisia ​​tekniikoita kolmen perusvärin (RGB) sekoittamiseksi. Tuloksena olevan valkoisen valon värilämpötila riippuu siitä, miten ne lisätään.

Yksi tapa saada valkoinen hehku on päällystää säteilevä kide kolmella fosforikerroksella, joista jokainen kerros on vastuussa sen perusväristä. Toinen menetelmä on levittää kaksi kerrosta fosforia siniseen kiteeseen.

SMD-LED-valaistus

Useimmat valaistus-LEDit ovat saatavilla myös SMD-paketeissa. Toisin kuin indikaattorit, niille on ominaista suurempi teho ja ne tuotetaan vain valkoisena.

On syytä huomata, että joitakin pienitehoisia LED-valaisimia, esimerkiksi edellä mainittua SMD 3528: ta, voidaan käyttää indikaattorilampuina, joten tällöin jakautuminen tyyppeihin on melko ehdollinen.

SMD: n päävalikoima - LED-nauhat ja lamput, kannettavat valot, ajoneuvojen ajovalot. Samaan aikaan ne tuottavat melko suuntaa-antavaa säteilyä (suuruusluokkaa 100 - 130⁰), joten suuria alueita valaistettaessa on välttämätöntä käyttää suurta määrää näistä LEDeistä alueen tasaisen valaistuksen varmistamiseksi.

Rakenteellisesti SMD-valaisimet ovat fosforipinnoitettuja säteileviä kiteitä lämpöä poistavalla alustalla, yleensä kuparilla tai alumiinilla. Molemmat lajit ovat linssillä ja ilman sitä.

COB-LEDit

Ledit, kuten COB (Chip On Board, siru levyllä), ovat laajalti käytössä. Itse asiassa tämä on suuri määrä (yleensä useita kymmeniä) SMD-kiteitä yhdeksi pakkaukseksi, joka sitten päällystetään fosforilla.

Yllä oleva kuva esittää Cree SMD 5050: n (vasen) ja COB: n vertailun, joka on 36 sirun matriisi (oikea).

COB: tä käytetään vain valaistukseen. Niiden valovirta on suuruusluokkaa suurempi kuin yhden SMD: n. On kuitenkin huomattava, että nämä LEDit eivät ole sopivia kapean säteilysäteen muodostamiseen valonvirtauksen suuren sirontakulman vuoksi. Samalla epäonnistuu myös absoluuttisen ei-suuntautuvan säteilyn luominen - LEDien sirontakulma on alle 180 less.

On huomattu, että jotkut ihmiset ovat epämiellyttäviä valoja säteileviä diodeja, kuten SMD tai COB. Lisäksi riittämättömän määrän LED-valoja suurten alueiden valaistuksessa johtaa siihen, että valaistus on erillinen luonne, toisin sanoen voimakkaasti valaistut alueet vaihtelevat huonosti valaistujen kanssa. Tämä on otettava huomioon valittaessa valaisimia.

Hehkulamppu

Tämän tyyppistä LEDiä käytetään myös vain valaistukseen. Saatu laajalti tilojen koristevalaisimena. Luminesenssispektri, toisin kuin SMD ja COB, on paljon miellyttävämpi ihmisen silmälle ja muistuttaa hehkulamppua. Samalla kaikki LED: n luontaiset edut säilyvät: alhainen virrankulutus ja pitkä käyttöikä.

Tämä video näyttää 40 watin koristeellisen hehkulampun ja 4 watin hehkulampun vertailun:

Täällä näet, että 10-kertaisella teholla hehkulampun antama valovirta on 3-4 kertaa enemmän.

Samalla Filamentin tehokkuus on jopa korkeampi kuin saman SMD: n teho - samalla teholla ensimmäiset mahdollistavat suuremman valaistuksen. Tämä saavutetaan COG-tekniikalla (Chip On Glass, siru lasilla), jossa valoa emittoivat kiteet asennetaan lasialustalle ja päällystetään sitten fosforilla.

Itse substraatilla on lieriömäinen muoto, joka mahdollistaa 360 °: n valovirran sirontakulman. Toisin sanoen tällaiset LEDit ovat erittäin hyviä ei-suuntaisen säteilyn luomisessa.

Laserdiodit

Ja lopuksi vielä yksi tyyppi, jota ei voida liittää joko indikaattoriin tai valaiseviin LEDeihin, on laserdiodi. Itse asiassa LEDiä voidaan pitää venytyksenä, koska tuotantoteknologialla ei ole mitään tekemistä tavanomaisen LED: n kanssa.

Laserdiodit ovat erikoisprosessoituja puolijohdekiteitä, jotka synnyttäessään muodostavat hyvin kapean valonsäteen. Samaan aikaan uuden sukupolven näytteet mahdollistavat säteen divergenssin kulman 5-10 5 sisällä. Molemmat mallit toimivat näkyvällä alueella ja sen ulkopuolella (UV ja IR).

Näitä diodeja käytetään laajalti laserosoittimissa, kohdemerkinnöissä, DVD-asemissa, optisissa tietokonehiirissä ja kuituoptisten viestintälinjoissa.

johtopäätös

On selvää, että kaikki LEDien monimuotoisuus on melko vaikeaa, koska harvoin yksi tai muut LEDit tehdään tiettyihin erityistarkoituksiin. Niiden pääasialliset suuntaviivat, - osoittaminen ja valaistus, ovat kuitenkin edelleen samat, ja tässä annetut luokitukset soveltuvat yleisen käsityksen luomiseksi LED-tyyppien tyypistä.

Kuinka kytkeä laserdiodipiiri

Nykyään monet kodinkoneet ja muut suunnitelmat käyttävät laserdiodeja (puolijohteita) keskittyneen säteen luomiseksi. Ja tärkein kohta laserjärjestelmän itsekokoonpanossa on diodin kytkentä.

Tässä artikkelissa kerrotaan kaikesta, mitä tarvitaan laserdiodin laadukkaaseen liittämiseen.

Puolijohdon ja sen liitäntöjen ominaisuudet

Lasermalli poikkeaa led-diodista hyvin pienellä alueella. Tässä yhteydessä on huomattava tehon konsentraatio, joka johtaa lyhyen aikavälin ylittävään virtaan risteyksessä. Tämän vuoksi tällainen diodi voi helposti polttaa. Siksi, jotta laserdiodi kestää mahdollisimman pitkään, tarvitaan erityinen piiri - kuljettaja.

Kiinnitä huomiota! Mikä tahansa laser-diodi on varustettava vakiintuneella virralla. Vaikka jotkut lajikkeet, jotka antavat punaisen valon, käyttäytyvät melko vakaana, vaikka ne eivät olisikaan vakaa ruoka.

Punainen laserdiodi

Mutta vaikka ohjainta käytetään, diodia ei voi liittää siihen. Se vaatii myös "virta-anturin". Sen rooli on usein matalan vastuksen vastuksen yhteinen johto, joka sisältyy näiden osien väliseen kuiluun. Tämän seurauksena piirillä on yksi suuri haittapuoli - virtalähde miinus on katkaistuna virtalähteestä miinus. Lisäksi tällä piirillä on vielä yksi miinus - virran katoaminen tapahtuu mittausvastuksessa.
Yhdistämällä laserdiodi on ymmärrettävä, mihin ohjaimeen se on liitettävä.

Kuljettajan luokitus

Tällä hetkellä on olemassa kaksi päätyyppiä kuljettajista, jotka voidaan liittää puolijohdeseemme:

  • pulssiohjain. Se on pulssijännitemuuntimen erityistapaus. Se voi olla sekä alaspäin että ylöspäin. Niiden syöttöteho on suunnilleen yhtä suuri kuin lähtö. Samaan aikaan energian muuntaminen lämpöksi on pieni. Yksinkertaistettu pulssiohjainjärjestelmä on seuraava;

Yksinkertaistettu pulssiohjainjärjestelmä

  • lineaarinen kuljettaja. Tällaisessa ohjaimessa piiri yleensä toimittaa enemmän jännitettä kuin puolijohde vaatii. Sen sammuttamiseksi tarvitaan transistori, joka vapauttaa ylimääräistä energiaa lämmöllä. Tällaisella kuljettajalla on pieni tehokkuus, jonka yhteydessä sitä käytetään erittäin harvoin.

Kiinnitä huomiota! Kun käytetään lineaarisia integroituja piirejä, kun tulojännite putoaa diodin yli, virta pienenee.

Linjaohjaimen kaavio

Koska minkä tahansa laserdiodin virransyöttö voidaan suorittaa kahden eri tyyppisellä ohjaimella, yhteysjärjestelmä on erilainen.

Yhteysominaisuudet

Laserdiodin virtalähteenä käytettävä piiri voi sisältää vain kuljettajan ja ”virta-anturin”, mutta myös virtalähteen - akun tai akun.

Yhteyskaavion vaihtoehto

Yleensä akun / akun jännitteen on tällöin oltava 9 V. Virtapiiriin on liitettävä niihin lisäksi lasermoduuli ja virranrajoitusvastus.

Kiinnitä huomiota! Jotta ei käytetä rahaa diodille, se voidaan poistaa DVD-asemasta. Tässä tapauksessa sen pitäisi olla tietokonelaite eikä tavallinen soitin.

Laserpuolijohteessa on kolme ulostuloa (jalat), joista kaksi sijaitsee sivuilla ja yksi keskellä. Keskimmäinen lähtö tulee liittää valitun virtalähteen negatiiviseen napaan. Positiivinen liitin on liitettävä vasempaan tai oikeaan jalkaan. Vasemman tai oikean puolen valinta riippuu puolijohdevalmistajasta. Siksi on tarpeen määrittää, mitkä lähdöt ovat: ”+” ja “-”. Tätä varten puolijohdetta tulisi käyttää. Tässä kaksi paristoa selviytyvät täydellisesti, joista jokaisella on 1,5 volttia, sekä 5 ohmin vastus.
Virtalähteen negatiivinen johto tulee kytkeä diodin määrittelemään keskeiseen negatiiviseen johtoon. Tällöin positiivinen puoli on kytkettävä kummallekin puolijohdon kahdelle jäljelle jäävälle päätelaitteelle. Siten se voidaan liittää mikrokontrolleriin.
Laserdiodin virransyöttö voidaan tehdä käyttämällä 2-3 sormen tyyppistä paristoa. Mutta jos haluat, voit myös liittää akun matkapuhelimesta piiriin. Tässä tapauksessa sinun on muistettava, että tarvitset lisäksi 20 ohmin rajoittavan vastuksen.

Yhteys 220 V: n verkkoon

Puolijohdetta voidaan käyttää 220 V: n voimalla. Mutta tässä on tarpeen luoda lisäsuojaa korkean taajuuden jännitteitä vastaan.

220 V: n virtalähteen diodipiirivalinta

Tällaisessa järjestelmässä olisi oltava seuraavat osat:

  • jännitteen säädin;
  • nykyinen rajoittava vastus
  • lauhdutin;
  • laserdiodi.

Vastus ja stabilisaattori muodostavat lohkon, joka voi estää nykyiset päästöt. Zener-diodia tarvitaan jännitepiikkien estämiseksi. Kondensaattori estää korkean taajuuden purskeiden esiintymisen. Jos tällainen piiri on koottu oikein, puolijohde pysyy vakaana.

Vaiheittaiset liitäntäohjeet

Oman käden avulla luotavan laserlaitteen luominen on kätevin punainen puolijohde, jonka lähtöteho on noin 200 milliwattia.

Kiinnitä huomiota! Se on sellainen puolijohde, joka on varustettu kaikilla tietokoneen DVD-soittimilla. Tämä yksinkertaistaa huomattavasti valonlähdettä.

Yhteys on seuraava:

  • yhteyden muodostamiseen on käytettävä yhtä puolijohdetta. Heidän on ehdottomasti tarkistettava suorituskyky (kytke vain akku);
  • valitse kirkkaampi malli. Kun tarkistat infrapunasäteilyn (kun otat sen tietokoneen soittimesta), se loistaa vaalean punaisena. Muista, että hänen

ÄLÄ ohjaa silmiin, muuten voit menettää näkösi kokonaan;

  • Asenna sitten laser kotitekoiseen jäähdyttimeen. Tätä varten sinun täytyy porata reikä alumiinilevylle (noin 4 mm: n paksuinen) halkaisijaltaan niin, että diodi menee tarpeeksi tiukkaan;
  • laserin ja jäähdyttimen välillä on tarpeen käyttää pientä lämpömuovautuvaa kerrosta;
  • Seuraavaksi otamme langan keraamisen vastuksen, jonka vastus on 20 ohmia ja jonka teho on 5 W, ja tarkkaillaan polariteettia, jonka liitämme piiriin. Sen kautta on liitettävä laser ja virtalähde (mobiili akku tai akku);
  • laseri itse olisi shunted kanssa keraaminen kondensaattori, jolla on mikä tahansa kapasitanssi;
  • edelleen kääntämällä laitetta pois itsestään, on tarpeen liittää se virtalähteeseen. Tämän seurauksena punaisen palkin pitäisi olla päällä.

Punainen palkki kotitekoisesta laitteesta

Tämän jälkeen se voidaan keskittää kaksoiskupera linssin avulla. Keskittäkää se muutaman sekunnin ajan yhdelle paperikohdalle, joka imee punaisen spektrin. Laseri jättää punaisen valon.
Kuten näette, se osoittautui toimivaksi laitteeksi, joka on kytketty 220 V: n verkkoon. Erilaisten järjestelmien ja liitäntävaihtoehtojen avulla voit luoda erilaisia ​​laitteita taskulaseriin.

johtopäätös

Yhdistämällä laserdiodi, sinun täytyy muistaa turvallisesti käsitellä sitä sekä tietää hänen työstään esiintyvät vivahteet. Tämän jälkeen on vain poimia haluamasi piirin ja kytkeä puolijohde. Tärkeintä on muistaa, että kaikkien koskettimien on oltava hyvin suljettuja, muuten osa voi palaa käytön aikana.

Lasereiden ja LEDien vertailuominaisuudet

Taulukko 4.3 esittää puolijohteiden valonlähteiden tyypillisiä parametreja.

Taulukko 4.3 - Puolijohdevalaisimien tekniset ominaisuudet

Edellä esitetty analyysi osoittaa, että puolijohdesäteilylähteet täyttävät suurimman osan tällaisten laitteiden vaatimuksista valokuidun viestintäjärjestelmissä ja optisten kuitujen mittausjärjestelmissä. Valoa emittoivat diodit ovat sopivimpia lähteitä amplitudi OX: lle ja matalan nopeuden tiedonsiirtojärjestelmille, jotka käyttävät multimoodisia optisia kuituja. Arvioitu ajatus siirtymisestä raja-asemasta siirtymisestä LEDien käytöstä lasereiden käyttämiseen multimoodikuitujärjestelmissä antaa kuvaajat toistimen osan pituudesta suhteessa tiedonsiirtonopeuteen, kun käytetään näitä säteilijöitä. 4.26.

Regenerointiosan L pituuden riippuvuus tiedonsiirtonopeudesta N porrastetulle kuidulle, jonka vaimennus on 5 dB / km l = 0,85 µm: 1 - laserdiodille (BC-jakson karakteristinen lasku johtuu intermodidispersiosta); 2 - valoa lähettävälle diodille (tyypillinen hajoaminen johtuu laajasta diodin spektristä EF-alueella FG-osassa - taajuusvasteen lisävähennys).

Kuva 4.26. Nopeuden regenerointiosan pituuden riippuvuus

Kotimaisten puolijohdelaserien parametrit

Laserin ja LEDin välinen ero

Puolijohdelaserien ja LEDien pääominaisuudet ovat:

- lähtöteho ja watti-ampeeri-ominaisuus;

- ulostulon optisen säteilyn spektrinen ominaisuus;

- optisen säteilyn kokoonpano;

- optisen säteilykuvion;

- optisen säteilyn lähteiden nopeus.

Lähtöteho ja watti-ampeeri-ominaisuus

LED- tai laserdiodin optisen säteilyn ulostulotehon riippuvuutta pumpun virran suuruudesta kutsutaan watti-ampeeria koskevaksi ominaisuudeksi. Kuviossa 19 on esitetty tyypillinen LED (LED) ja laserdiodi (LD).

Kuva 19 Esimerkki wattimittarista, joka on ominaista LED: lle (LED) ja laserdiodille (LD)

LEDin teho kasvaa suunnilleen lineaarisesti kasvavan pumpun virran kanssa. Laserdiodin ulostuloteho kasvaa suunnilleen lineaarisesti lisäämällä pumpun virtaus laskeutumisrajaan I sitten, ja kasvattaa lumivyöryä useita kertoja pumpun virran I suuruuteen 3 jossa on kiteiden ylikuumeneminen ja sen tuhoaminen. Samanlainen rajoitus pumpun virralle on LED.

Laserin työosa on I: stä peräisin oleva nelivaiheinen osa sitten - i 2, Tällä alueella suoritetaan laser-optisen säteilyn digitaalinen modulointi.

Laserdiodin optisen säteilyn lähtöteho on kymmeniä kertoja suurempi kuin LED: n optisen säteilyn lähtöteho.

Laseridiodien vakava haitta verrattuna LEDeihin on merkittävästi lyhyempi hajoamisaika, joka määritellään ajanjaksona, jonka aikana säteilevä optinen teho laskee puoleen samalla pumppausvirralla.

Koska LD: t toimivat korkeampien pumpun virrantiheyksillä, tämä johtaa puolijohdekerroksen nopeampaan hajoamiseen.

Ulostulon optisen säteilyn spektriominaisuus

Yksi valoa lähettävien elementtien tärkeimmistä parametreista on emissiospektrin leveys, so. taajuuksien tai aallonpituuksien alue, joka kattaa tietyn optisen laitteen säteilyn

Laserit ovat johdonmukaisia ​​lähteitä, joilla on kapea spektrin säteilyn leveys (0,1–3 nm). LED-optisilla lähteillä on laajempi emissiospektri, yleensä alueella 50-200 nm. Laserin ja LED-lähteen optisen säteilyn spektriominaisuus on esitetty kuviossa 20.

Kuva 20 Laser- ja LED-lähteiden optisen säteilyn spektriset ominaisuudet

Optisen säteilylähteen () spektrin leveys määritetään tavallisesti 0,5: n suurimmalla säteilyteholla (Pumax).

Esimerkkejä LEDien ja eri tyyppisten laserien optisen säteilyn spektriominaisuuksista on esitetty kuviossa 21

Kuva 21 Optisen säteilyn spektriset ominaisuudet.

Optinen säteily LEDien ulostulossa on monimuotoinen.

Optisen säteilyn tilan koostumus

Optisen säteilyn koostumus laserdiodien ulostulossa riippuu laserdiodin rakenteesta. Tällä hetkellä optisten viestintäjärjestelmien yleisimmin käytetään seuraavia puolijohdelasereiden tyyppejä: Optinen säteily LEDien ulostulossa on monimuotoista.

Optisen säteilyn koostumus laserdiodien ulostulossa riippuu laserdiodin rakenteesta. Nykyisin optisia viestintäjärjestelmiä käytetään yleisimmin seuraavien puolijohdelaserien tyyppeihin:

- Fabry - sulka laserit (FP, multimode);

- hajautetut palautelaserit (DFB, yksittäinen tila);

- hajautetut Bragg-heijastilaserit (DBR, single-mode).

- pystysuora resonaattorilaserit (VCSEL, yksimuotoinen).

Fabry-Perot-lasereita käytetään laajalti optisissa testereissä ja optisissa reflektometreissä, koska niiden hinta on paljon pienempi kuin muuntyyppiset laserit. Kuviossa 22 on esitetty Fabry-Perot-laserdiodin (FP), jossa on kaksinkertainen heterostruktuuri, suunnittelu.

Kuva 22: Fabry-Perot-lasersuunnittelu

Optinen säteilykuvio

Optisen säteilyn säteilykuvio esittää optisen tehon jakautumista valoa lähettävän elementin ulostulossa olevaan tilaan. Kuvio 23 esittää esimerkkejä laserdiodien (LD) ja valoa emittoivien diodien (LED) säteilykuvioista, kun optinen säteily lisätään optiseen kuituun.

Kuva 23 Suuntaviiva: optinen säteily, kun se syötetään valokuituun; a) LED, b) LD

LED-valot rinnakkain ja kohtisuorassa tasossa: pystysuuntaiset ja vaakasuuntaiset taipumiskulmat x,y - 90 -1 -180 о, LD: x= 20-30 o y= 30 - 60 o.

Täten laserdiodien ulostulossa muodostuu kapeampi optisen säteilyn säde, joka on helpompi tuoda valokuituun.

Optisten lähteiden nopeus

Optisten lähteiden nopeus määrittää ajan, jolloin sähköinen signaali muunnetaan optiseksi signaaliksi.

Lähdön lähdössä pulssia pidetään muunnettuna, jos sen teho saavuttaa arvon 0,9 Pumax. Nopeus on ominaista edessä olevan nousun aikana. n - tämä on aika, jona pulssin amplitudi vaihtelee 0,1 - 0,9 maksimitehosta (Pumax).

Kuva 24 Nopeat optiset lähteet

Etureunan nousuaika n määrittää lähdekoodin suurimman modulaatiotaajuuden. Taulukossa on esitetty LEDien ja laserdiodien suorituskykyä koskevat keskimääräiset tiedot.

Taulukko 1 Vertailutiedot optisten säteilylähteiden (LEDit ja laserdiodit LD) suorituskyvystä.