Diodo l谩ser

<p>Definici贸n: Un dispositivo semiconductor que genera luz coherente de alta intensidad se conoce como diodo l谩ser. L脕SER es una abreviatura de Lderecho Aamplificaci贸n por Sestimulado mimisi贸n de Radicion Emision estimulada es la base del funcionamiento de un diodo l谩ser.

El diodo l谩ser es similar al LED, sin embargo, a diferencia del LED, la uni贸n PN del diodo l谩ser produce una radiaci贸n coherente. Radiaci贸n coherente significa que las ondas de luz generadas por el dispositivo tienen la misma frecuencia y fase.

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Construcci贸n de diodo l谩ser.

La siguiente figura muestra la construcci贸n b谩sica de un diodo l谩ser:estructura de diodo laser

Se forma dopando aluminio o silicio con material de arseniuro de galio para generar una capa de tipo n y tipo p. Junto con esto, se coloca una capa activa adicional de GaAs sin dopar entre las dos capas.

El espesor de esta capa activa es de unos pocos nan贸metros. El objetivo de intercalar esta capa entre las capas de tipo p y n es aumentar el 谩rea de combinaci贸n de electrones y huecos. Aumentando resultantemente la radiaci贸n emitida. La salida del l谩ser se toma de la regi贸n activa del diodo l谩ser.

En los diodos l谩ser, se realiza un pulido en los dos extremos de la uni贸n para proporcionar una superficie similar a un espejo. A trav茅s de la reflexi贸n de esta superficie, se produce m谩s par de electrones y huecos. Como resultado, eso produce m谩s radiaci贸n a trav茅s del dispositivo.

Trabajo de diodo l谩ser

El funcionamiento de un diodo l谩ser involucra 3 procesos: absorci贸n, emisi贸n espont谩nea y emisi贸n estimulada.

Entendamos primero el proceso de absorci贸n.

Considere 2 niveles de energ铆a E1 y E2. Para simplificar, supongamos que E1 es el nivel de energ铆a m谩s bajo y E2 es el nivel de energ铆a m谩s alto.

absorci贸n en diodo l谩ser

Inicialmente, se supone que el 谩tomo est谩 en el estado de menor energ铆a, es decir, E1. Para tener una transici贸n de un nivel de energ铆a m谩s bajo a uno m谩s alto, el 谩tomo requiere superar la diferencia de energ铆a entre los dos niveles, dada por E2 鈥 E1.

Entonces, se proporciona alg煤n est铆mulo externo al 谩tomo presente en el estado fundamental. Por lo tanto, se proporciona una onda electromagn茅tica de frecuencia 谓 al 谩tomo a nivel del suelo. Esta onda proporciona suficiente energ铆a al electr贸n para compensar la diferencia de energ铆a y tener una transici贸n de E1 a E2. Este proceso se conoce como absorci贸n.

Avanzando m谩s ahora, comprenda el proceso de emisi贸n espont谩nea.emisi贸n espont谩nea en diodo l谩ser

Debido a la absorci贸n, el 谩tomo est谩 presente en el nivel de energ铆a E2. Entonces, a medida que la vida 煤til del 谩tomo expira, ahora regresa al nivel del suelo desde el nivel de energ铆a m谩s alto. Al regresar al nivel del suelo, el 谩tomo emite la diferencia de energ铆a de los dos niveles de energ铆a, es decir, E2 鈥 E1.

Esta energ铆a es emitida por el 谩tomo en forma de onda electromagn茅tica, generando un fot贸n de energ铆a. Este proceso se denomina emisi贸n espont谩nea.

Este fen贸meno de emisi贸n de radiaci贸n se suele observar en dispositivos optoelectr贸nicos como los LED.

Comprendamos ahora el proceso de emisi贸n estimulada.

emisi贸n estimulada de diodo l谩ser

Supongamos que despu茅s de la absorci贸n, el 谩tomo est谩 presente en el nivel de energ铆a superior antes del agotamiento de su vida 煤til. Entonces, se proporciona al 谩tomo una onda electromagn茅tica de frecuencia igual a la frecuencia del 谩tomo emitido espont谩neamente.

Esto hace que el 谩tomo realice una transici贸n de E2 a E1. Ahora bien, esta vez el 谩tomo liberar谩 la energ铆a de dos fotones en esta transici贸n.

Como hemos incorporado todo el conjunto de uni贸n con un espejo parcialmente reflectante. Por lo tanto, esto provocar谩 un movimiento de ida y vuelta del 谩tomo. Como resultado, esto generar谩 m谩s fotones.

Tan pronto como se alcance el umbral, los fotones escapar谩n de la superficie del espejo y el dispositivo emitir谩 una radiaci贸n coherente brillante.

Como en el momento de la emisi贸n estimulada estamos proporcionando una energ铆a fot贸nica al 谩tomo. Entonces, los fotones emitidos estar谩n en la misma fase que los fotones incidentes. As铆, generando una luz brillante monocrom谩tica.

Caracter铆sticas del diodo l谩ser

La siguiente figura muestra la curva caracter铆stica de un diodo l谩ser:caracteristicas del diodo laser

Aqu铆, la l铆nea horizontal denota corriente y la l铆nea vertical muestra la potencia 贸ptica de la luz producida. Se puede ver claramente en la figura que se nota un aumento gradual en la potencia hasta que se alcanza un punto de umbral.

Despu茅s del valor umbral, se nota un r谩pido aumento de la potencia incluso para un peque帽o aumento de la corriente. La potencia producida por el diodo l谩ser tambi茅n depende de la temperatura asociada con el dispositivo.

Propiedad de la luz l谩ser

Una luz l谩ser emitida por un diodo l谩ser tiene la siguiente propiedad:

  • Coherencia: Es una propiedad crucial del l谩ser, que existe debido a la emisi贸n estimulada. Simplemente denota que la longitud de onda de las ondas de luz emitida est谩 en fase. Cuando hablamos de la fuente de luz ordinaria, por ejemplo LED, entonces no muestra la propiedad de coherencia porque se genera debido al proceso de emisi贸n espont谩nea de un fot贸n.
  • Monocromaticidad: La luz emitida por el diodo l谩ser es de naturaleza monocrom谩tica, lo que significa que tiene una sola longitud de onda. Las ondas que tienen una sola longitud de onda indican que la radiaci贸n emitida es de un solo color.
  • Brillo: El brillo de una luz est谩 determinado b谩sicamente por la potencia por unidad de superficie por unidad de 谩ngulo s贸lido. Debido a los reflejos continuos, el diodo l谩ser produce una luz de alta intensidad y m谩s potencia. Como resultado, permite la generaci贸n de luz brillante a trav茅s del dispositivo.
  • Direccionalidad: Una luz l谩ser es altamente direccional, esto significa que la luz emitida por un diodo l谩ser no muestra mucha divergencia. La direccionalidad en un diodo l谩ser se logra porque los fotones emitidos experimentan m煤ltiples reflejos a trav茅s del espejo. Cada vez que la luz se desv铆a de su eje, se salta. Por lo tanto, solo se logra un haz de luz altamente enfocado.

Ventajas del diodo l谩ser

  1. La potencia operativa en el caso de los diodos l谩ser es menor en comparaci贸n con otros dispositivos emisores de luz.
  2. Es de tama帽o peque帽o por lo que permite un mejor manejo.
  3. Los diodos l谩ser generan luz de alta eficiencia.

Desventajas del diodo l谩ser

  1. Como proporciona una luz de alta densidad, a veces tiene efectos adversos en los ojos.
  2. Es caro.

Aplicaciones del diodo l谩ser

Los diodos l谩ser se utilizan ampliamente en las industrias de telecomunicaciones y de defensa. La comunicaci贸n por fibra 贸ptica tambi茅n utiliza un rayo l谩ser para la transmisi贸n de se帽ales, ya que las fibras 贸pticas requieren un rayo altamente enfocado. Tambi茅n es muy utilizado en impresoras l谩ser.

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