Einführung in Laserdioden
Laserdioden sind Halbleiterbauelemente, die zur Erzeugung von kohärentem Licht verwendet werden. Sie werden durch die Kombination eines Halbleiters mit einem Lasermedium wie einem Kristall, Glas oder einer Flüssigkeit hergestellt. Laserdioden werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, vom Scannen von Strichcodes bis zur Laserchirurgie.
Geschichte der Laserdioden
Die erste Laserdiode wurde 1962 von Robert N. Hall und James B. Boyce entwickelt. Sie war ein wichtiger Durchbruch für das aufstrebende Gebiet der Halbleiterelektronik und ebnete den Weg für die Entwicklung leistungsfähigerer und effizienterer Laserdioden.
Arten von Laserdioden
Laserdioden können in zwei Haupttypen unterteilt werden: kantenemittierende Laserdioden und oberflächenemittierende Laserdioden. Kantenemittierende Laserdioden emittieren Licht von der Kante des Halbleitermaterials, während oberflächenemittierende Laserdioden Licht von der Oberfläche des Halbleitermaterials emittieren.
Funktionsweise von Laserdioden
Laserdioden werden durch einen externen elektrischen Strom angetrieben, der durch das Halbleitermaterial geleitet wird. Dieser Strom erzeugt eine Lichtemission, wenn er einen bestimmten Schwellenwert erreicht. Die Lichtemission ist kohärent, d. h. alle Lichtstrahlen sind gleichphasig und bewegen sich in dieselbe Richtung.
Anwendungen von Laserdioden
Laserdioden werden in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt, z. B. bei medizinischen und chirurgischen Eingriffen, beim Laserdruck, bei Displays, Glasfasernetzen und sogar in der Unterhaltungselektronik, z. B. in CD- und DVD-Spielern.
Leistungsmerkmale von Laserdioden
Die Leistung einer Laserdiode wird durch ihr Design bestimmt. Verschiedene Parameter wie die Strahlform, die Divergenz und die Leistung können eingestellt werden. Die Ausgangseigenschaften von Laserdioden können durch optische Komponenten wie Linsen und Spiegel weiter verbessert werden.
Leistungsbedarf von Laserdioden
Die für den Betrieb einer Laserdiode erforderliche Leistung hängt von ihrer Konstruktion und Anwendung ab. Im Allgemeinen benötigen Laserdioden eine relativ geringe Leistung, die typischerweise im Bereich von einigen Milliwatt bis einigen Watt liegt.
Sicherheitshinweise zu Laserdioden
Laserdioden sind potenziell gefährlich und bei der Arbeit mit ihnen müssen besondere Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden. Es ist wichtig, eine geeignete Schutzbrille zu tragen, die Expositionszeit zu begrenzen und die Laserdiode von brennbaren Materialien fernzuhalten.
Potenzielle zukünftige Entwicklungen von Laserdioden
Laserdioden werden schnell weiterentwickelt, und es werden ständig neue Entwicklungen vorgenommen. Zukünftige Entwicklungen von Laserdioden könnten eine höhere Ausgangsleistung, eine bessere Strahlqualität und eine höhere Effizienz umfassen.
Es gibt drei Arten von Diodenlasern:
1. InGaAsP-Diodenlaser: Diese Laser haben einen sehr großen Wellenlängenbereich und werden für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, u. a. in der Faseroptik und der Telekommunikation.
2. InGaN-Diodenlaser: Diese Laser haben einen kürzeren Wellenlängenbereich als InGaAsP-Diodenlaser, sind aber effizienter und haben eine höhere Ausgangsleistung. Sie werden in Anwendungen wie DVD- und Blu-ray-Playern eingesetzt.
3. AlGaAs-Diodenlaser: Diese Laser haben einen begrenzten Wellenlängenbereich, sind aber sehr effizient und haben eine hohe Ausgangsleistung. Sie werden in Anwendungen wie medizinischen Lasern und Industrielasern eingesetzt.
Eine Laserdiode ist ein Halbleiterbauelement mit zwei Anschlüssen, das Licht aussendet, wenn es aktiviert wird. Das Symbol für eine Laserdiode ist unten abgebildet.
Eine Diode ist auch als Gleichrichter bekannt.
1. Gaslaser: Diese Laser verwenden ein Gas als aktives Medium, z. B. Kohlendioxid, Argon oder Helium-Neon. Das Gas wird durch eine elektrische Entladung zur Erzeugung eines Plasmas angeregt, das dann zur Verstärkung des Laserstrahls verwendet wird.
2. Festkörperlaser: Diese Laser verwenden einen Festkörper als aktives Medium, z. B. einen Rubin oder einen mit Neodym dotierten Kristall. Der Festkörper wird durch eine elektrische Entladung oder einen anderen Laser angeregt, um eine Besetzungsinversion zu erzeugen, die dann zur Verstärkung des Laserstrahls verwendet wird.
3. Halbleiterlaser: Bei diesen Lasern wird ein Halbleiter als aktives Medium verwendet, z. B. ein kantenemittierender oder oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator. Der Halbleiter wird durch einen elektrischen Strom angeregt, um eine Besetzungsinversion zu erzeugen, die dann zur Verstärkung des Laserstrahls verwendet wird.
Ein Diodenlaser ist ein Lasertyp, der einen Halbleiter als aktives Medium verwendet. Der gebräuchlichste Typ eines Diodenlasers ist der kantenemittierende Laser, der sein Licht von der Seite des Halbleiterchips ausstrahlt.