Laserdioden umfassen:
Grundlagen der Laserdiode Laserdiodentypen Aufbau Wie eine Laserdiode funktioniert Spezifikationen Zuverlässigkeit
Andere Dioden: Diodentypen
Die Halbleiterlaserdiodentechnologie ist heute in vielen Bereichen der Elektronikindustrie weit verbreitet.
Die Laserdiodentechnologie hat sich inzwischen gut etabliert, wobei Laserdioden ein kostengünstiges und zuverlässiges Mittel zur Erzeugung von Laserlicht darstellen.
Laserdioden eignen sich für den Einsatz in vielen Bereichen der Elektronik, von CD, DVD und anderen Formen der Datenspeicherung bis hin zu Telekommunikationsverbindungen, und die Laserdiodentechnologie bietet ein sehr bequemes Mittel zur Entwicklung von kohärentem Licht.
Übersicht über Laserdioden
Laserdioden werden in allen Bereichen der Elektronik eingesetzt, von Haushaltsgeräten über kommerzielle Anwendungen bis hin zu rauen industriellen Umgebungen. In all diesen Anwendungen bieten Laserdioden eine kostengünstige Lösung und sind gleichzeitig robust und zuverlässig und bieten ein hohes Leistungsniveau.
Die Laserdiodentechnologie hat eine Reihe von Vorteilen:
- Leistungsvermögen: Laserdioden können Leistungen von wenigen Milliwatt bis hin zu einigen hundert Watt liefern.
- Wirkungsgrad: Der Wirkungsgrad von Laserdioden kann über 30 % liegen, was sie zu einer besonders effizienten Methode zur Erzeugung von kohärentem Licht macht.
- Kohärentes Licht: Es liegt in der Natur eines Lasers, dass er kohärentes Licht erzeugt. Dieses kann für optische Speicheranwendungen mit hoher Dichte auf einen beugungsbegrenzten Punkt fokussiert werden.
- Robuste Konstruktion: Laserdioden sind vollständig festkörperbasiert und benötigen keine zerbrechlichen Glaselemente oder kritische Einrichtungsverfahren. Daher können sie auch unter rauen Bedingungen eingesetzt werden.
- Kompakt: Laserdioden können recht klein sein, so dass die Laserdiodentechnologie eine sehr kompakte Lösung darstellt.
- Vielfalt an Wellenlängen: Mit Hilfe modernster Technologie und einer Vielzahl von Materialien kann die Laserdiodentechnologie Licht in einem breiten Spektrum erzeugen. Die Verwendung von blauem Licht mit einer kurzen Wellenlänge ermöglicht eine engere Fokussierung des Bildes für eine höhere Speicherdichte.
- Modulation: Eine Laserdiode lässt sich leicht modulieren, was die Laserdiodentechnologie für viele Kommunikationsanwendungen mit hoher Datenrate ideal macht. Die Modulation wird durch direkte Modulation des Treiberstroms für die Laserdiode erreicht. Dadurch können Frequenzen bis zu mehreren GHz für Anwendungen wie die Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikation erreicht werden.
Hintergrund der Laserdiode
Der Name Laser kommt von den Worten Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Laser funktionieren aufgrund eines Phänomens, das stimulierte Emission genannt wird und erstmals von Albert Einstein vor 1920 postuliert wurde. Obwohl eine Reihe von Medien, darunter Gase, Flüssigkeiten und amorphe Festkörper, für Laser verwendet werden können, wurden die ersten in den 1960er Jahren mit Rubinen realisiert. Ein Helium-Neon-Gaslaser folgte 1961, aber erst 1970 wurden Halbleiterlaserdioden von Hayashi bei Raumtemperatur zum Laufen gebracht. Dies war der letzte Schritt in der Forschungsarbeit, die im Laufe der Jahre von einer Reihe von Personen und Organisationen durchgeführt worden war. Dies erforderte eine eingehende Untersuchung der Eigenschaften von Galliumarsenid, dem Material, das als Grundlage für viele Laserdioden verwendet wird, und viel Arbeit an den Eigenschaften der Diodenstrukturen.
Laserdiodensymbol
Das für Schaltpläne verwendete Laserdiodensymbol ist oft das gleiche, das für Leuchtdioden verwendet wird. Dieses Laserdioden-Schaltkreissymbol verwendet das grundlegende Halbleiterdiodensymbol mit Pfeilen, die die Lichterzeugung und -abstrahlung anzeigen.
Wenn sie in einer Schaltung verwendet werden, werden sie oft als Laserdiode bezeichnet, um sie von anderen Formen von Leuchtdioden zu unterscheiden.
Grundlagen der Laserdiode
Es gibt zwei Haupttypen von Halbleiter-Laserdioden. Sie funktionieren auf recht unterschiedliche Weise, obwohl viele der verwendeten Konzepte sehr ähnlich sind.
- Injektionslaserdiode: Die Injektionslaserdiode (ILD) hat viele Faktoren mit den Leuchtdioden gemeinsam. Sie werden mit sehr ähnlichen Verfahren hergestellt. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Laserdioden mit einem langen, schmalen Kanal mit reflektierenden Enden hergestellt werden. Im Betrieb fließt Strom durch den PN-Übergang, und das Licht wird nach dem gleichen Verfahren wie in einer Leuchtdiode erzeugt. Allerdings wird das Licht in dem in der Diode selbst gebildeten Wellenleiter eingeschlossen. Hier wird das Licht reflektiert und dann verstärkt, bevor es durch ein Ende der Laserdiode austritt.
- Optisch gepumpter Halbleiterlaser: Der optisch gepumpte Halbleiterlaser (OPSL) verwendet einen III-V-Halbleiterchip als Basis. Dieser dient als optisches Verstärkungsmedium, und ein anderer Laser, der ein ILD sein kann, wird als Pumpquelle verwendet. Der OPSL-Ansatz bietet mehrere Vorteile, insbesondere bei der Auswahl der Wellenlänge und dem Fehlen von Interferenzen durch interne Elektrodenstrukturen.
Eine ausführlichere Erläuterung der Theorie und Funktionsweise von Laserdioden findet sich auf einer anderen Seite dieses Lehrgangs.
Die Laserdiode ist inzwischen gut etabliert und wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Obwohl sie nicht annähernd so billig sind wie viele andere Diodenarten, werden Laserdioden immer noch in großen Mengen und zu relativ niedrigen Kosten hergestellt, wie die Tatsache zeigt, dass Laserdioden sogar in den Lichtstiften verwendet werden, die zur Illustration von Overheadprojektor-Diapräsentationen dienen. Am anderen Ende des Marktes wurden Laserdioden für den Einsatz in optischen Kommunikationssystemen mit Datenraten von über 20 Gbits pro Sekunde nachgewiesen. Mit Leistungen in diesem Bereich werden sie zunehmend in vielen Kommunikationsanwendungen eingesetzt.
Weitere elektronische Bauteile:
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