Лазерный диод — принцип работы, ток лазерного диода

Принцип работы и особенности конструкции

Принцип работы лазерного диода основан на эффекте рекомбинации фотонов при прохождении p-n перехода. Если организовать достаточно продолжительное расположение электрона и дырки в непосредственной близости друг от друга, выделяется энергия, представленная фотоном. Подобный процесс, запущенный в стабильном режиме, вызовет появление постоянного свечения.

Основным элементом лазерного диода является полупроводниковый кристалл малой толщины с легированными слоями, образующими p и n области. При подаче напряжения на анод начинается активное выделение фотонов, что внешне определяется как устойчивое свечение.

Все о работе и подключении диодного лазера

Полупроводниковая пластинка (кристалл) имеет большую площадь по сравнению с толщиной. Фотон, проходя через нее, многократно отразится от верхнего и нижнего слоев, каждый раз вызывая образование новых фотонов. Этот процесс позволяет получить стабильный пучок света, который остается только сфокусировать с помощью линзы.

Важно! Приведенное описание несколько упрощено, но принцип действия элемента передает вполне достоверно. На практике используются разные конструкции, с помощью которых производители пытались избавиться от различных нежелательных эффектов, усилить световой пучок и снизить потери мощности на нагрев или на преодоление сопротивления материала.

Шаг 1: Припаиваем выводы диода и герметизируем всё клеем

4

Установим диод в модуль. Воспользуемся сверлильным станком и небольшим сверлом. После герметизируем всё с помощью капли клея. Будьте осторожны и предельно аккуратны. Мне удалось это сделать после 20 попытки…

8

Удалим неиспользуемый вывод с помощью кусачек. Согнем негативный контакт, для более легкого соединения с оставшимися контактами. На вопрос «что делать, если случайно были отрезаны все выводы, кроме плюсового контакта» отвечу, что не стоит волноваться. Каждый элемент, кроме плюсового вывода – это негативный контакт. Настоятельно рекомендую использовать многожильный провод, так как припаивать вывод на корпус долгое занятие и может повлечь за собой перегорание диода. После этого, прогреем термоусадку на месте недавней пайки.

9

Установим объектив в модуль.

10

Запомните, когда будете собирать модуль, не прикасайтесь к радиатору LM317, так как он не изолирован и это может сжечь диод.

11

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

Внимание! 800 рублей для новичков на Aliexpress
Регистрируйтесь по нашей ссылке

. Если вы впервые на Aliexpress — получите 800.00₽ купонами на свой первый заказ.

foto_111.jpg

Александр (TANk)

РФ, г.Ижевск

С паяльником с детства. По этой причине попал в спецшколу, где вместо уроков труда в старших классах были уроки радиоэлектроники.

Потом физфак университета. Работа технологом в цехе микроэлектроники на оборонном заводе, пока завод не развалили.

Потом преподавал всяческую физику в университете. И вот уже лет двадцать — лужу паяю, компы починяю.

Классификация лазерных установок:

В лазерном пучке концентрируется высокая энергия и потому существует опасность повредить зрение при неосторожном обращении с лазерами. Существует классификация опасности лазерных установок в соответствии с EN60825-1 рисунок №1.

lazer-svoimi-rukami1.jpg Рисунок №1 – Классификация опасности лазерных установок

При работе с лазерными диодами нужно СТРОГО СОБЛЮДАТЬ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ. Нельзя направлять луч лазера прямо в глаза, это может привести к полной или частичной потере зрения. Не давайте вашу лазерную установку детям, не оставляйте её в легкодоступных местах! Исключайте возможность не санкционированного (случайного) включения лазера, используйте ваше творение только в мирных целях. Одевайте защитные очки при настройке и работе с ним.

Суть и практика света

Лазерные диоды следует рассматривать «близкими родственниками» светоизлучающих диодов (LED – Light Emitting Diodes). Конструкция светодиодов содержит диоды или микросхемы, выполненные на основе двух терминальных полупроводниковых элементов. Этими полупроводниками осуществляется преобразование потока электрической энергии в луч света и цвета определенной длины волны. Гамма цвета, в свою очередь, зависит от применяемого сочетания терминальных полупроводников.

Несколько фактов о лазерном диоде

Выпускаются белые светодиоды, где от чипа синего луч направляется на фосфорно-химическую основу. В результате поглощения синего света, прибор начинает излучать желтый свет. Излучение жёлтого люминофора и синего светодиода объединяют и таким образом получают свет, воспринимаемый глазами человека как белый.

Возможности устройства

Лазерные диоды оснащены двумя зеркалами на противоположных концах полупроводника. Одно из зеркал имеет частичную прозрачность, подобно двухстороннему зеркалу. При низких уровнях мощности, лазерный диод работает аналогично тому, как работает обычный светодиод с очень малой эффективностью отдачи. Однако, как только электрическая мощность достигает порога плотности, равного примерно 4 кВт/см2, полупроводник излучает достаточно света для части длин волн, что отражаются между зеркалами. Эти условия позволяют лазерному диоду излучать значительно больше света, чем это делает обычный светодиод.

Блок лазерного диода.

Блок лазерного диода.

Кроме того, отражённый между зеркалами свет, проходит сквозь полупрозрачное зеркало, благодаря чему формируется узкий луч синего. Этот луч далее может быть направлен на люминофор для последующей генерации желтого света. Стоит отметить интересную деталь: обычные синие светодиоды имеют высокую светоотдачу, регенерируя до 70% электрической мощности, проходящей через приборы при плотности потока 3 Вт/см2. Это значительно более эффективно, чем в случае с лазерными диодами синего излучения, мощность конверсии которых не превышает 30%, когда плотность электроэнергии составляет не более 10 кВт/см2.

Но светодиоды способны достигать высокой эффективности при низких токовых уровнях. Поэтому эффективная отдача требует значительной массы дорогих полупроводников. Усиление тока, пропускаемого через светодиоды, повышает яркость излучения. Но увеличение тока резко снижает эффективность светодиодов. Это явление известно как «спад». А вот эффективность лазерных диодов с увеличением тока не изменяется. Таким образом, при плотности электроэнергии около 5 кВт/см2, светодиоды становятся менее эффективными по сравнению с диодными лазерами. Эта разница производительности увеличивается пропорционально с уровнем мощности.

Инфракрасный лазерный диод.

Инфракрасный лазерный диод.

Эффективность устройства

Исходящий лазерный луч формирует конус излучения всего лишь в 1º — 2º по сравнению с конусом светового излучения светодиода в 90º. Форма излучения двух разных типов диодов. Слева обычные светодиоды, справа модификация с лазерным излучением. Разница в характеристике формы луча очевидна. Длина волны лазерного излучения падает в пределах 1 нм по сравнению с несколькими десятками нанометров для светодиодного освещения. Эти различия указывают на особую ценность лазеров для отдельных случаев применения, где светодиоды значительно уступают. Внутри диода лазер можно сфокусировать на крошечной точке люминофора для создания узкого интенсивного луча яркостью, в 20 раз превышающей яркость светодиода.

Несколько фактов о лазерном диоде

Новые технологии позволяют генерировать до 500 люменов светового потока из фокусного пятна, размерами всего в несколько сотен микрометров. С помощью лазеров и оптики размером 25 мм, новые технологии позволяют выводить световой луч с конусом около 1º. Эти достижения можно считать революционными. Реально открывается доступ к производству фонарей и автомобильных фар дальнего света, луч которых способен пробивать расстояние до 1 км! Синий лазер, излучаемый с поверхности от 4 до 30 мкм, даёт столько же оптической мощности, сколько дают светодиоды, размещённые на площади 800 мкм.

Чтобы вписаться в максимально допустимый диапазон дальнего света, утверждённый нормами ЕС, компания «BMW» разработала подходящую автомобильную фару. Автомобильная фара сочетает в конструкции широкоугольный светодиодный люминофор с узко-угольной дальнобойной лазерной подсветкой. Световая масса такой подсветки пробивает расстояние до 600 метров. Готовый 7-миллиметровый квадратный модуль содержит:

  • синий лазерный диод,
  • квадратный люминофор (1х1 мм),
  • отражатель синего луча.

Отражатель синего лазера служит для временного транспорта перед смешением с жёлтым люминофором.

Шаг 3: Испытание лазера!

22

Примем все меры предосторожности. Начинаем прожигание любого предмета черного цвета. Фокусируем луч, поворачивая объектив на модуле. Когда луч не сфокусирован, он не может причинить ожог. НО ВАШИ ГЛАЗА ВСЕГДА ДОЛЖНЫ БЫТЬ ЗАЩИЩЕННЫМИ!.

23

24

На снимках вы можете увидеть последствие лазера. Видео также прекрасно демонстрирует работу этой поделки.

25

Спасибо за внимание. Соблюдайте технику безопасности при постройке и использовании лазера.

(A-z Source)

  • Подробнее об авторе
  • 15 свежих записей

About alexlevchenko

Ценю в людях честность и открытость. Люблю мастерить разные самоделки. Нравится переводить статьи, ведь кроме того, что узнаешь что-то новое — ещё и даришь другим возможность окунуться в мир самоделок.

Применение

Каждый тип лазерного диода находит практическое применение, ввиду своих уникальных особенностей. Стоимость маломощных образцов снизилась в разы, о чём свидетельствует их применение в детских игрушках и указках. Ими оснащают лазерные рулетки-дальномеры, что позволяет одному человеку проводить замер расстояний и сопутствующие вычисления. На красных лазерах основана работа считывателей штрих-кодов, компьютерных манипуляторов и DVD-проигрывателей. Некоторые виды используют в проведении научных исследований и для накачки других лазеров. применение в лазерных указкахНаиболее востребованы лазерные диоды для передачи данных в оптоволоконных сетях. Новые модели VCSEL обеспечивают скорость в 10 Гбит/с, что открывает дополнительные возможности для комплекса телекоммуникационных услуг, в том числе:

  • способствуют росту скорости интернета;
  • улучшению телефонной и видеосвязи;
  • повышают качество телевизионного приёма.

Результатом совершенствования лазерного диода стал увеличенный срок службы, который теперь сопоставим с наработкой на отказ светоизлучающих диодов. Уменьшение тока накачки повысило надёжность приборов, а их вклад в развитие технического прогресса не меньше, чем у других электронных компонентов.

Драйвер для лазерного диода

Выходная оптическая мощность лазерного диода (являющая одной из основных оптических характеристик) находится в зависимости от тока, проходящего по p-n — переходу. Ввиду этого драйвер лазерного диода обязательно должен соотноситься с источником тока. Все характеристики относящиеся к источнику тока отражаются на параметрах оптической мощности.

В сферу «обязанностей» драйвера входит не только регулировка мощности, но и терморегуляция, осуществляемая через охладитель. Конструкция управляющего блока при этом может быть как совмещённой, так и раздельной.

Рис з Схема простейшего  драйвера лазерного диода

Заключение

Более подробно о лазерных диодах можно прочитать в статье  Лазерные диоды и как они устроены. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на нашем сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.

Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.fis.wikireading.ru

www.scsiexplorer.com.ua

www.radioprog.ru.

www.zetsila.ru

Предыдущая

ПолупроводникиЧто такое фотодиод

Следующая

ПолупроводникиЧто такое светодиод

Основные выводы

Лазерные диоды широко используются в разных областях техники и в качестве декоративных установок, светотехнических устройств. В быту их знают довольно ограниченно — как лазерные указки, целеуказатели, строительные уровни и прочие устройства. Особенности конструкции и возможности этих элементов находятся в стадии изучения и разработки. Специалисты считают, что использование лазеров пока недостаточно широко, но перспективы у них весьма высоки. В своих комментариях вы можете высказать собственные мысли о конструкции и свойствах лазерных диодов.

Предыдущая

СветодиодыПодсветка для велосипеда — устанавливаем светодиоды на колеса и раму своими руками

Следующая

СветодиодыПреимущества, популярные производители и особенности подключения автомобильных светодиодов на 12 В

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Шаг 1: Диод

Схема подключения лазерного диода Схема подключения лазерного диода Схема подключения лазерного диода Схема подключения лазерного диода

Сначала сделаем главные вещи. Нам нужно снять со старого ДВД привода лазерный диод. Откройте привод, найдите движущуюся часть с линзой. Обычно там находится два диода — инфракрасный для CD и просто красный для DVD. Аккуратно отсоедините их, предварительно сняв статическое электричество.

Не выбрасывайте остальные части — линзы могут быть полезны в этом проекте, а мелкие неодимовые магниты могут пригодиться для других проектов. Сказать честно, у меня нет DVD повода вот уже 3 года, поэтому я просто купил новые диоды LPC836 на Ali — это самые мощные диоды, использующиеся для приводов.

Шаг 2: Оптика

Схема подключения лазерного диода Схема подключения лазерного диода Схема подключения лазерного диода

Теперь поговорим об оптике для самодельного лазера. Как я уже говорил, вы можете использовать родные линзы с DVD, но нужно будет подумать как их закрепить. Я рекомендую купить корпус aixiz (Ali) — стоит недорого и убережёт вас от проблем с правильной фокусировкой луча. Поместим наш диод в корпус.

Шаг 4: Финал

Схема подключения лазерного диода Схема подключения лазерного диода Схема подключения лазерного диода Схема подключения лазерного диода Схема подключения лазерного диода

Схема подключения лазерного диода Схема подключения лазерного диода Схема подключения лазерного диода Схема подключения лазерного диода

Для тех, у кого немного больше опыта, я предлагаю сделать своими руками другую схему, выложенную для ознакомления. Когда я определился с корпусом, я сделал радиатор из алюминиевой шайбы. Я планировал припаять все платы к корпусу лазера но не нашел хорошего флюса, поэтому просто вложил всё внутрь. Лучшее, что я смог придумать — это приклеить всё по местам горячим пистолетом, а затем вдавить поверх алюминиевый радиатор с источником лазера.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом