Estructura de los láseres de diodo / semiconductor

Después de leer este artículo, aprenderá acerca de la estructura de los láseres de diodo / semiconductor. También aprender sobre su principio de funcionamiento.

Aunque estos láseres pertenecen a la categoría de láseres de estado sólido, difieren significativamente en los detalles de operación de otros láseres de estado sólido como los láseres de rubí y Nd: YAG, por lo que se consideran como un tipo separado.

Un láser semiconductor es básicamente un diodo pin. Una unión pin se forma al poner en contacto unos semiconductores de tipo p y de tipo n con una capa activa intrínseca entre ellos. Cuando una corriente eléctrica pasa a través de un dispositivo de este tipo, la luz láser emerge de la región de la unión. La potencia de salida es limitada, pero el bajo costo, el tamaño pequeño y la eficiencia relativamente alta hacen que estos láseres sean adecuados para una variedad de aplicaciones.

Estos láseres son similares en construcción a un transistor o un diodo semiconductor. El láser semiconductor convencional que usa galio, arsénico y aluminio generalmente emite pulsos infrarrojos de longitud de onda de 0.8 a 0.9 µm con una potencia del orden de vatios. La investigación con nuevos materiales, por ejemplo, el indio y el fósforo, ha resultado en un rayo láser de longitudes de onda más largas de 1, 1 a 1, 6 µm, lo que aumenta la eficiencia de la transmisión de luz en las fibras ópticas.

La investigación más reciente en el campo de los láseres semiconductores ha resultado en el desarrollo de un rayo láser de longitudes de onda más cortas, como las visibles, particularmente las de la región roja del espectro. La figura 14.43 muestra el concepto básico de una configuración para un semiconductor o diodo láser.

Desde su invención en 1962, el láser semiconductor ha recorrido un largo camino a un ritmo lento. Este lento avance en este campo puede atribuirse a la no disponibilidad de técnicas para fabricar los materiales semiconductores con la pureza deseada y la falta de electrónica de estado sólido.

Sin embargo, el crecimiento reciente en este campo es muy prometedor y se espera que los láseres semiconductores reemplacen los láseres convencionales de estado sólido y de gas. Esto se debe a que ofrecen muchas ventajas únicas, por ejemplo, tamaño compacto, alta eficiencia (hasta 20%), incapacidad de longitud de onda, bajo consumo de energía, posibilidad de modulación de salida directa y compatibilidad con la producción en masa.

Principio de operación:

El láser semiconductor es un sistema láser de dos niveles. El estado superior del láser es la banda de conducción, y el estado inferior es la banda de cenefa. El rayo láser se emite desde el intervalo de banda del semiconductor. Para que comience la acción láser es necesario tener suficiente ganancia a través de una inversión de población entre la cenefa y las marcas de conducción. Dicha inversión de población se puede crear mediante bombeo externo mediante láser, haces de electrones o lámparas de flash; sin embargo, en la mayoría de los láseres semiconductores disponibles en el mercado, esto se ve afectado por el bombeo interno, es decir, por el bombeo eléctrico mediante una unión PN.

Hay muchos diseños de láseres semiconductores. Algunos de los más importantes incluyen los siguientes:

1. Láseres de retroalimentación distribuida (DFB).

2. Láseres de cavidad acoplada.

3. Láseres de Quantum-Well.

4. Láseres de emisión de superficie.

5. Infrarrojos y láseres de haz visible.

Los tipos estructuralmente diferentes son los siguientes:

(i) Láseres de área amplia,

(ii) Láseres de ganancia guiada,

(iii) Láseres guiados por índices semanales,

(a) Láseres guiados de cresta,

(b) Láseres Guiados de Onda Rib

(iv) Láseres fuertemente guiados por el índice.

La potencia de salida de los láseres de semiconductores / diodos varía de 1 mW para los láseres individuales a 0, 5 W para las matrices de diodos con bloqueo de fase construidas en un sustrato común. La eficiencia puede ser tan alta como 20% para los láseres de diodo. Estos láseres pueden funcionar tanto en modo de onda continua (CW) como de onda pulsada (PW) a altas tasas de repetición.