ما هو الصمام الثنائي الليزر؟
صمام ثنائي الليزر (ليزر أشباه الموصلات) هو جهاز إلكتروني يستخدم وصلة pn لأشباه الموصلات لتحويل التيار إلى طاقة ضوئية وتوليد الليزر. ديود الليزر لديه اتجاهية واستقامة ممتازة. كمصدر للضوء مع تحكم سهل في الطاقة، فإنه يستخدم على نطاق واسع في الاتصالات البصرية والعلاج الطبي والاستشعار وتخزين البيانات والترفيه. مبدأها الأساسي هو استخدام الضوء المتولد عندما تتحد الإلكترونات والثقوب.
تسمى ثنائيات الليزر أيضًا "ليزر أشباه الموصلات". "الليزر" هو اختصار لعبارة "تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع"، والذي يعني "الانبعاث المحفز لتضخيم الضوء". حتى لو كان الطول الموجي للضوء الطبيعي وضوء LED ثابتًا، فإن فرق الطور بينهما ليس ثابتًا وشكل الموجة غير منتظم. الليزر هو ضوء "متماسك" يعمل فقط على تضخيم طول موجي محدد. تتمتع مصادر الضوء المتماسكة بفارق طور ثابت وشكل موجة ثابت، ويمكن استخدام التداخل لجعل التركيز صغيرًا جدًا (بضعة أم ~)، لذلك يمكن استخدامها في تطبيقات مختلفة مثل المفاتيح الضوئية والتعديل البصري.
التاريخ والتنمية
بدأ تاريخ الثنائيات الليزرية في عام 1917، عندما وضع ألبرت أينشتاين أول نظرية لظاهرة "انبعاث الإشعاع المحفز"، مما وضع الأساس لجميع تقنيات الليزر. لاحقًا، وصف الألماني جون فون نيومان مفهوم ليزر أشباه الموصلات في مخطوطة غير منشورة في عام 1953. وفي عام 1957، اقترح الأمريكي جوردون جولد أنه يمكن استخدام الانبعاث المحفز للإشعاع لتضخيم الضوء، وأطلق عليه اسم "الليزر (تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع)". إشعاع)". وبهذه الطريقة، مع استمرار العلماء من مختلف البلدان في إحراز تقدم في أبحاث الليزر، ظهر هيكل الوصل المتجانس لليزر أشباه الموصلات زرنيخيد الغاليوم (GaAs) في عام 1962، وتم التحقق بالفعل من تكنولوجيا الضوء المتماسكة. وفي نفس العام، كان تذبذب الضوء المرئي ناجحًا أيضًا. ومع ذلك، واجهت ليزرات أشباه الموصلات في هذا العصر مشاكل في التذبذب المستمر في درجة حرارة الغرفة. في عام 1970، أدى اكتشاف الهياكل المزدوجة إلى جعل التذبذب المستمر في درجة حرارة الغرفة ممكنًا. بعد السبعينيات، تطورت تكنولوجيا ليزر أشباه الموصلات بسرعة وتم استخدامها على نطاق واسع في مختلف المجالات.
مبدأ انبعاث الضوء من الثنائيات الليزر
الثنائيات الليزرية هي أجهزة أشباه الموصلات يمكنها إصدار ضوء ليزر بطول موجي محدد. يتكون هيكلها الأساسي من وصلة pn مكونة من شبه موصل من النوع p وشبه موصل من النوع n، وطبقة نشطة تبعث الضوء، ومرآة مغلفة تعكس الضوء. مبدأ انبعاث الضوء في صمامات الليزر الثنائية هو أنه عندما يتدفق التيار، تتحد الإلكترونات والثقوب مرة أخرى، ويتم تضخيم الفوتونات المشعة في الطبقة النشطة وتنعكس في الرنان لتكوين ضوء الليزر. دعونا أولاً نفهم الهيكل الأساسي ومبدأ انبعاث الضوء لـ "أشباه الموصلات الباعثة للضوء" التي تتقاسمها صمامات الليزر الثنائية ومصابيح LED.
الهيكل الأساسي والمواد من الثنائيات
أشباه الموصلات هي مواد ذات موصلية بين "الموصلات" التي توصل الكهرباء و"العوازل (غير الموصلة)" التي لا توصل الكهرباء بسهولة. وتشمل الموصلات مواد معدنية مثل الحديد والذهب، وتشمل العوازل مواد مثل المطاط والزجاج. يمكن لأشباه الموصلات التحكم في تدفق الكهرباء عن طريق جعلها موصلة أو غير موصلة. بالإضافة إلى ذلك، في بعض طرق الاستخدام، يمكن أيضًا إجراء تحويل الطاقة بين الطاقة الضوئية والطاقة الكهربائية.
عادة، مكونات الثنائيات مصنوعة بشكل رئيسي من السيليكون (Si). السيليكون (Si) هو مادة أشباه الموصلات الأكثر شيوعًا. يوجد السيليكون في الطبيعة على شكل "سيليكا (SiO2: حجر مكونه الرئيسي هو ثاني أكسيد السيليكون)" وهو مادة غنية بالموارد. يستخدم على نطاق واسع في العديد من منتجات أشباه الموصلات لأنه سهل المعالجة.
السيليكون (Si) باعتباره مادة شبه موصلة هو في الأصل عازل ولا يحتوي تقريبًا على إلكترونات حرة كحاملات. ولذلك، عن طريق إضافة شوائب أخرى إلى السيليكون (Si) لزيادة تركيز الناقل في السيليكون (Si)، يتم زيادة الموصلية. تسمى أشباه الموصلات التي تزيد من الناقلات عن طريق إضافة شوائب مثل هذه "أشباه الموصلات الشائبة". تشمل الحاملات الإلكترونات الحرة والثقوب الحرة. من بينها، تسمى أشباه الموصلات التي تزيد من حاملات الإلكترون الحرة "أشباه الموصلات من النوع n"، وتسمى أشباه الموصلات التي تزيد من ناقلات الإلكترون الحرة "أشباه الموصلات من النوع p".
* شبه موصل من النوع p (+: موجب، شبه موصل به العديد من الثقوب)، شبه موصل من النوع n (-: سالب، شبه موصل به العديد من الإلكترونات)
عنصر الصمام الثنائي هو هيكل يتم فيه توصيل أشباه الموصلات من النوع p وأشباه الموصلات من النوع n، وهو ما يسمى "وصلة pn". يسمى طرف أشباه الموصلات من النوع p "الأنود"، ويسمى طرف أشباه الموصلات من النوع n "الكاثود". يتدفق التيار من الأنود إلى الكاثود.
مبدأ انبعاث ضوء الصمام الثنائي
عندما يتم تطبيق جهد أمامي على عنصر الوصلة pn، فإن الثقوب (الموجبة) والإلكترونات (السالبة) تتحرك نحو الوصلة وتتحد. يتم تحويل الطاقة الزائدة المتولدة في هذا الوقت إلى طاقة ضوئية، وبالتالي تحقيق انبعاث الضوء. وتسمى هذه الظاهرة "انبعاث الضوء المركب".
يمكن تصنيف ثنائيات الليزر حسب الاتجاه الذي ينبعث منه الضوء.
الليزر الباعث للحافة (EEL): هيكل يستخدم سطح الانقسام لأشباه الموصلات كعاكس لإصدار الضوء من سطح الانقسام.
الليزر الباعث للسطح (SEL): هيكل ينبعث الضوء عموديًا من سطح الركيزة شبه الموصلة.
الليزر الباعث لسطح التجويف العمودي (VCSEL): يتم تشكيل تجويف رنين بصري في الاتجاه الرأسي لسطح الركيزة لأشباه الموصلات، ويكون شعاع الليزر المنبعث عموديًا على سطح الركيزة. يتميز بخصائص تيار عتبة منخفض، وتعديل عالي السرعة مع تيار منخفض، واستقرار جيد لدرجة الحرارة، ويستخدم على نطاق واسع في الاتصالات البصرية ومجالات الاستشعار.
تتميز هذه الأنواع المختلفة من ثنائيات الليزر بخصائص مختلفة وتستخدم حاليًا في مجموعة واسعة من التطبيقات بناءً على خصائصها.
حياة الثنائيات الليزرية
يعتمد متوسط عمر صمامات الليزر الثنائية على بيئة التشغيل (درجة حرارة التشغيل، والكهرباء الساكنة، وضوضاء مصدر الطاقة، وما إلى ذلك)، ويُعتقد عمومًا أنه يمكن إضاءتها بشكل مستمر لمدة 10,000 ساعة تقريبًا في الظروف العادية (درجة حرارة الحالة 25 درجة). إذا كانت درجة حرارة التشغيل مرتفعة أثناء الاستخدام، فسيتم تقصير عمر الخدمة، ويمكن أن يتسبب التفريغ الكهروستاتيكي (ESD) أيضًا في حدوث أعطال. بالإضافة إلى ذلك، فإن الزيادات المفاجئة والضوضاء الناتجة عن مصدر الطاقة قد تؤدي أيضًا إلى تلف عنصر الليزر.
من أجل استخدام الصمام الثنائي الليزري لفترة طويلة، يمكن لتدابير مثل تدابير تبديد الحرارة مثل المشتتات الحرارية، والتدابير الكافية المضادة للكهرباء الساكنة والمضادة للارتفاع المفاجئ، واستخدام مرشحات الضوضاء، والتحكم في الإخراج إلى الحد الأدنى المطلوب أن تمتد بشكل فعال خدمة الحياة.
يتمتع الضوء المنبعث من الليزر بكثافة طاقة عالية. إذا تم استخدامها بشكل غير صحيح، حتى كمية صغيرة من الانبعاثات قد تسبب ضررا لجسم الإنسان، وهو أمر خطير للغاية. ولذلك، يجب اتخاذ تدابير السلامة الكافية قبل الاستخدام.
عنواننا
B-1507 قصر Ruiding، رقم 200 طريق Zhenhua، منطقة Xihu
رقم التليفون
0086 181 5840 0345
بريد إلكتروني
info@brandnew-china.com
