학습전자

레이저 다이오드

레이저 광

백색광은 다양한 주파수의 매우 넓은 대역 인 가시 광선 스펙트럼의 모든 색상으로 구성됩니다. 일반 발광 다이오드는 종종 하나의 색상으로 구성된 광 출력을 제공하지만,심지어 빛 주파수의 꽤 넓은 밴드를 덮고 전자기파를 포함한다.

여러 주파수 또는 파장을 포함하는 백색광과 같은 빛은 매우 미세한 점에 초점을 맞추기 어렵습니다. 이는 빛을 집중시키는 렌즈 시스템이 고정 된 초점 거리를 가지고 있지만 빛의 다양한 파장(색상)을 집중시키는 데 필요한 초점 거리가 다르기 때문입니다. 그러므로 각 색깔은’색채 착오’에게 불리는 무슨이 일으키는 원인이 되는 다른 점에 집중할 것입니다. 이것은 좋은 품질의 렌즈 시스템에서도 렌즈를 통해 본 이미지 주위에 색이있는 것으로 볼 수 있습니다.

레이저의 빛은 단일 주파수만 포함하므로 단순한 렌즈 시스템으로도 극히 작은 지점까지 초점을 맞출 수 있습니다. 하나의 파장 만 존재하기 때문에 색수차는 없으며 광원의 모든 에너지는 매우 작은 빛의 지점에 집중됩니다. 일반적으로 광학 플레이어에서 발견 된 것과 같은 레이저에서 초점을 맞춘 광선의 직경은 약 1.6 천분의 1(밀리미터의 2 천분 미만)이 될 것입니다. 즉,레이저 다이오드 출력이 0.5 백만와트 였다면 빔의 초점(적외선)전력(초점 렌즈의 손실 허용)이 약 12 킬로와트/센티미터 2 입니다.

저출력 레이저는 디스크 및 디비디 플레이어 및 레코더,바코드 판독기,보안 시스템,광 통신 및 수술 도구를 포함한 친숙한 응용 분야에서 점점 더 많이 사용됩니다. 레이저는 약어(낱말로 한 머리글자의 낱단)를 위한 입니다:

그림. 2.6.1. 갈륨 원자

방사선의 자극 방출에 의한 광 증폭

이 이름은 몇 가지 기본 원리를 이해하는 한 장치의 작동 방식에 대한 설명을 제공합니다.

원자의 기초

우주의 모든 것은 순수한 형태(원소)또는 무제한의 조합(화합물 및 혼합물)으로 약 100 개의 다른 원자로 구성됩니다. 원자는 끊임없이 움직입니다. 그들은 지속적으로 진동,이동 및 회전합니다. 심지어 고체 물질은 실제로 움직이고있다. 이 동작을 여기라고합니다. 원자는 다른 여기 상태에있을 수 있습니다. 즉,그들은 다른 수준의 에너지를 가질 수 있습니다. 많은 에너지가 열,빛,또는 전기를 통해 원자에 적용되는 경우에,지상 국가 에너지 레벨이라고 칭하는 무슨을 남겨두고 흥분하는 수준에 갈 수 있다. 여기 수준은 원자에 적용되는 에너지의 양에 따라 달라집니다.

그림. 2.6.1 은 원자의 단순화 된 다이어그램입니다. 그것은 전자 구름으로 둘러싸인 핵(양성자와 중성자를 포함)으로 구성되어 있지만,이 단순화 된 전자 모델에서 중성자는 전하가 없기 때문에 무시되며 여러 개의 고정 된 궤도에서 핵 궤도를 도는 전자를 생각하는 것이 도움이됩니다. 원자의 다른 모델은 전자에 대한 이산 궤도를 묘사하지 않지만,이 궤도를 원자의 다른 에너지 준위로 생각하는 것이 유용 할 수 있습니다. 즉,원자에 약간의 열이 가해지면,낮은 에너지 궤도의 전자 중 일부는 핵으로부터 더 멀리 떨어진 더 높은 에너지 궤도로 점프 할 것입니다. 이것은 사물에 대한 매우 단순화 된 견해이지만 원자가 레이저 측면에서 어떻게 작동하는지에 대한 기본 아이디어를 포함합니다.

원자가 에너지를 흡수하고 일부 전자가 더 높은 에너지 궤도로 점프 할 때,결국 지상 상태로 돌아가고 싶어합니다. 그것이 할 때,각 전자는 광자−빛의 입자로 에너지를 방출합니다. 원자는 광자로 에너지를 모든 시간을 방출 볼 수 있습니다. 예를 들어,금속이 붉은 색으로 빛날 때,보이는 붉은 빛은 붉은 광자를 방출하는 뜨거운 금속의 원자입니다. 텔레비젼 스크린에 그림을 볼 때,당신이 보고 있는 무슨은 스크린을 입히는 인광체 원자,또는 광자를 풀어 놓는 고에너지 원자의 전자로 흥분되는 백색 발광 다이오드의 표면,그리고 직접 또는 간접적으로 빛의 다른 색깔을 일으키기이다. 많은 장치가 형광등,네온 사인,거리 조명,심지어 전통적인 백열 전구와 같은 방식으로 빛을 생성하며,모두 궤도를 바꾸고 광자를 방출하는 전자의 작용을 통해 빛을 방출합니다.

레이저 다이오드 구성

도. 2.6.2. 레이저 다이오드 구성

레이저 다이오드에 사용되는 구성에는 여러 가지 변형이 있으며,각각은 전류를 레이저 광으로 변환하는 최대 효율을 달성하기위한 것입니다.

그림. 2.6.도 2 는 레이저 다이오드에 대한 단순화 된 구성을 보여 주며,이 경우 발광 다이오드(발광 다이오드)와 유사하며,알루미늄,실리콘 또는 셀레늄과 같은 원소로 도핑 된 갈륨 비소를 사용하여 피 타입 및 엔 타입 반도체 재료. 그러나 레이저 다이오드는 도핑되지 않은(고유)갈륨 비소 두께가 몇 나노 미터 밖에 안되는 추가 활성 층을 가지고 있으며 피 과 엔 층,효과적으로 생성 핀(피 유형/고유/엔 유형)다이오드. 이 레이어에서 레이저 광이 생성됩니다.

레이저 다이오드 동작

레이저 다이오드는 최대 전류의 약 80%이상에서 작동 할 때만 레이저 광을 생성하므로 레이저 다이오드에 사용되는 것보다 훨씬 큽니다.

레이저 펌핑

도. 2.6.3. 에너지 흡수

이러한 조건 하에서 원자는 고도로 통전 된(펌핑 된)상태에 있으며,전하 캐리어(전자 및 정공)는 피엔 접합부의 활성층으로 들어갑니다. 전자는 정공보다 높은 에너지 레벨에 있으며,전자와 정공이 에너지를 다시 결합함에 따라 광자의 형태로 손실됩니다. 생성 된 광자는 모두 활성 층의 빛 반사 벽 사이를 위아래로’바운스’할 때 특히 정확한 주파수로 진동합니다. 일부 광자는 다른 원자와 충돌하므로 더 많은 광자를 생성하는 추가 통전 전자를 생성합니다. 이 과정은’펌핑’이라고하며 에너지가 공급되지 않은’접지’상태보다 여기 상태에 더 많은 전자가 존재할 때까지 에너지가 많이 공급되는 전자의 수를 증가시킵니다. 인구 반전으로 알려져 있는 이 시점에서,응집성 레이저 광의 일정한 시내는 반도체 물자 내의 재 흡수되는 광양자 때문에 어떤 손실든지 변상하기 보다는 좀더 여분 흥분한 광양자로,생성합니다. 광자가 단 하나 정확한 주파수에 진동하기 때문에 단 하나 파장이 있는 레이저 광을 일으킵니다.

공진 캐비티

도. 2.6.4. 공진 캐비티

광자 수가 증가함에 따라 광은 전력이 증가합니다. 일부 광은 서로 다른 방향으로 빠져 나가거나 반도체 재료 내에서 흡수되지만,일부 광자는 그림 1 과 같이 레이저 축과 평행 한 방향으로 움직입니다. 2.6.4 이들은 레이저 물자의 끝 떨어져 이리저리 튑니다. 끝 표면은 평행한 반영 거울을 창조하기 위하여 아주 정확하게 자르고 닦습니다. 이 반사 표면 사이의 거리는 한 파장의 정확한 배수이므로 광파(광자)가 공동의 각 끝에서 반사 될 때 위상에 머물러 있습니다. 반사파의 진폭은 공동 내의 다른 파의 진폭에 추가,그래서 그들은 거울 사이에 앞뒤로 반송으로 파도가 계속 추가. 이 방법으로 활성 층은 빛의 증폭을 돕는’공진 공동’을 형성합니다. 광자가 결정 레이저 물질을 통과 할 때,그들은 또한 다른 원자의 방출을 자극한다. 그 결과,증폭 된 단색의 단상 광은 부분적으로 반사되는 거울을 통해 레이저의 공진 공동을 떠납니다.

레이저 다이오드 제어.

도. 2.6.5. 레이저 다이오드

도. 2.6.6. 레이저 다이오드 제어

레이저 다이오드는 기본적으로 레이저 광을 생성하는 레이저 다이오드이다. 그림. 2.6.5 는 일반 광 출력의 그래프와 레이저 다이오드의 광 출력을 비교합니다. 광 출력은 다이오드 전류가 증가함에 따라 꾸준히 증가한다. 그러나 레이저 다이오드에서 레이저 광은 자극 방출이 발생하기 시작할 때 전류 레벨이 임계 수준에 도달 할 때까지 생성되지 않습니다. 임계 전류는 일반적으로 장치가 파괴되기 전에 통과 할 최대 전류의 80%이상입니다! 이런 이유로 레이저 다이오드를 통해서 현재는 주의깊게 통제되어야 합니다. 또 다른 문제는 광자의 방출이 온도에 매우 의존한다는 것입니다,다이오드는 이미 한계에 가까운 운영되고 그래서 따라서 방출되는 빛(광자)과 다이오드 전류의 양을 변경,뜨거운 가져옵니다. 레이저 다이오드가 능률적으로 작동할 그 때까지는 재해의 위기에 작동하고 있습니다! 현재가 문턱 현재의 밑에 감소시키고 내리는 경우에,자극 방출은 중단합니다;다만 조금 너무 많은 현재 및 다이오드는 파괴됩니다.

활성층이 진동하는 광자로 채워질 때,빛의 일부(일반적으로 약 60%)는 다이오드 칩의 가장자리로부터 좁고 평평한 빔으로 탈출한다. 그림 2.6.6 에서 볼 수 있듯이 일부 잔여 광은 반대쪽 가장자리에서 탈출하여 광을 다시 전류로 변환하는 포토 다이오드를 활성화하는 데 사용됩니다. 이 현재는 자동적인 다이오드 운전사 회로에 의견으로,레이저 다이오드에 있는 활동을 측정하고 그래서 현재 및 광선 출력이 일정하고 안전한 수준에 남아 있다 레이저 다이오드를 통해서 현재를 통제해서 확인하기 위하여 이용됩니다.

레이저 모듈

이러한 이유로 레이저 다이오드는 자체적으로 거의 사용되지 않으며 일반적으로 다음을 포함하는 레이저 다이오드 모듈로 제공됩니다:

그림. 2.6.7 전형적인 레이저 단위

• 다이오드 자체.

•포토다이오드 광 센서.

•전류 조절 회로.

•시준 렌즈.

레이저 다이오드 모듈은 자체 광 출력을 감지하고 공급 전류 및 온도를 자동으로 조절하여 레이저 광이 생성되는 임계 조건에서 다이오드를 작동시키는 자체 조절 회로입니다.

광학 보정

도. 2.6.8 시준 렌즈

레이저 다이오드에 의해 생성 된 광선은 레이저 광이 다이오드의 얇은 활성 층을 떠나 원형 평행 빔으로 생성 된 타원형의 확산 빔에서 변경하기 위해 여전히 약간의 수정이 필요합니다. 이 과정은 시준 렌즈라고하는 광학 장치에 의해 수행됩니다(그림 1). 2.6.8). 이것은 단순한 구면 렌즈 또는 타원형 빔을 원형으로 변환 할 수있는 비구면 유형 일 수 있습니다.

레이저 다이오드 모듈은 광학 및 전자 장치와 함께 사용할 수 있습니다. 일반적인 모듈은 내장 전원 안정화,내장 느린 시작 및 방열판과 같은 기능을 갖추고 있습니다. 저전력 모듈(클래스 2)은 레이저 포인터,바코드 판독기,조준,레벨링 및 포지셔닝 장비뿐만 아니라 광범위한 교육 및 실험실 용도에 사용됩니다. 그들은 500 나노 및 900 나노 사이의 다양한 파장에서,오히려 펄스 웨이브 출력보다 연속파를 생산하고,그래서 레이저 광(532 나노 녹색 650 나노 적색)뿐만 아니라 적외선 근처 적외선 서로 다른 색상을 가지고있다. 그들은 사용 하기 쉬운,일반적으로 3 볼트 5 볼트 직류 공급 작동 요구.

레이저 분류

레이저는 생물학적 손상을 일으킬 가능성에 따라 4 개의 넓은 영역(플러스 하위 영역)으로 분류됩니다. 당신은 레이저를 볼 때,그것은 적절한 클래스 지정으로 표시되어야한다,간단히 아래에 설명:

그림. 2.6.9 일반적인 레이저 경고 스티커

• •클래스 1-정상적인 사용 조건에서 안전합니다. 출력은 0 미만으로 제한됩니다.(더 짧은 파장을 위해 더 적은).
• •등급 1 미터−현미경 및 망원경과 같은 확대 광학을 통과 한 경우를 제외하고 모든 사용 조건에 안전한 발산 빔을 생산하는 레이저.
• •종류 2-종류 1 수준의 위 그러나 1 백만와트 이상 빛난 힘에 방출하는 낮은 힘 눈에 보이는 레이저. 개념은 밝은 빛에 대한 인간의 혐오감 반응(깜박임 반사)이 사람을 보호한다는 것입니다. 이 클래스는 레이저 포인터에 사용됩니다.
• •클래스 2 미터-클래스 2 와 유사하지만이 분류를 가진 빔이 넓거나 갈라지는 빔을 생성해야하므로 더 많은 전력을 허용 할 수 있습니다. 시청자의 눈동자를 통과하는 빛은 클래스 2 에서 허용되는 빛보다 커서는 안됩니다.
• •클래스 3R−중간 전력 레이저 아래 5mW,안전한 것으로 간주하는 보이 제한되게 낮은 부상의 위험이 있습니다.
• •클래스 3 비−높은 전원 펄스 레이저 500 백만와트: 다.폐기시 주의사항 가.폐기방법 이 물질이 하수구/수로로 유입되지 않게 할 것.지방,주,연방 그리고 지방 환경 규칙에 의거하여 폐기물을 처분합니다.
• •클래스 4 높은 전원 레이저 500 백만와트. 그들은 피부를 구울 수 있습니다,직접 또는 확산 빔 보기의 결과로 잠재적으로 파괴적이고 영구적 인 눈 손상을 일으킬. 그들은 또한 가연성 물질을 점화 할 수 있으므로 화재 위험을 나타낼 수 있습니다. 이 분류에는 많은 산업,과학,의료 및 군사 레이저가 포함됩니다.

상기 분류 중 어느 하나의 레이저를 사용하는 장비는 도 1 에 도시된 것과 유사한 경고 라벨을 가지고 있는 것으로 확인될 것이다. 2.6.9 사용 된 레이저의 위험 및 분류 개요.

위의 목록은 60825-1 표준에 포함된 레이저 규격의 요약 버전이므로 포괄적인 가이드로 사용해서는 안 됩니다. 다른 관련된 안전 정보와 함께 가득 차있는 기준은,국제적인 전기 기술 위원회 웹스토어

에서 구매될 수 있습니다