يتكون الضوء الأبيض الطبيعي من جميع ألوان VIBGYOR لطيف الضوء المرئي ، وهو نطاق عريض واسع من العديد من الترددات المختلفة. تعطي مصابيح LED العادية ناتجًا ضوئيًا غالبًا ما يتكون من لون واحد ، ولكن حتى هذا الضوء يحتوي على موجات كهرومغناطيسية تغطي نطاقًا واسعًا جدًا من الترددات. نظام العدسة الذي يركز الضوء له طول بؤري ثابت ، لكن الطول البؤري المطلوب لتركيز أطوال موجية مختلفة (ألوان) للضوء مختلف. لذلك ، سيركز كل لون على نقاط مختلفة ، مما يتسبب في 'انحراف لوني'. ال ضوء الليزر ديود يحتوي على تردد واحد فقط. لذلك ، يمكن تركيزه حتى عن طريق نظام عدسة بسيط إلى نقطة صغيرة للغاية. لا يوجد انحراف لوني حيث يوجد طول موجي واحد فقط ، كما أن كل الطاقة من مصدر الضوء تتركز في بقعة ضوئية صغيرة جدًا. الليزر هو اختصار لتضخيم الضوء عن طريق الانبعاث المحفز للإشعاع.

انحراف لوني

بناء ليزر ديود

يوضح الشكل أعلاه بنية مبسطة لصمام ثنائي ليزر مشابه لـ الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) . يستخدم زرنيخيد الغاليوم المخدر بعناصر مثل السيلينيوم أو الألومنيوم أو السيليكون لإنتاج نوع P ونوع N مواد أشباه الموصلات . بينما يحتوي الصمام الثنائي لليزر على طبقة نشطة إضافية من زرنيخيد الغاليوم غير المنفصل (الجوهري) بسماكة بضعة نانومترات فقط ، محشورًا بين طبقات P و N ، مما يؤدي إلى إنشاء الصمام الثنائي PIN (نوع P- نوع داخلي- N) . في هذه الطبقة يتم إنتاج ضوء الليزر.

بناء ليزر ديود

كيف يعمل ليزر ديود؟

كل ذرة وفقًا لنظرية الكم ، تستطيع طاقات فقط ضمن مستوى طاقة منفصل معين. عادة ، تكون الذرات في أدنى حالة طاقة أو حالة أرضية. عندما يكون مصدر الطاقة المعطى للذرات في الحالة الأرضية متحمسًا للانتقال إلى أحد المستويات الأعلى. هذه العملية تسمى الامتصاص. بعد البقاء عند هذا المستوى لفترة قصيرة جدًا ، تعود الذرة إلى حالتها الأساسية على الأرض ، وتنبعث منها فوتونًا في هذه العملية ، وتسمى هذه العملية الانبعاث التلقائي. تحدث هاتان العمليتان ، الامتصاص والانبعاث التلقائي ، في مصدر ضوء تقليدي.

“كيفية إعادة لف المحرك الكهربائي ”

مبدأ عمل الليزر

في حالة إصابة الذرة ، التي لا تزال في حالة مثارة ، بفوتون خارجي لديه بالضبط الطاقة اللازمة للإصدار التلقائي ، يزداد الفوتون الخارجي بالفوتون الخارج عن طريق الذرة المثارة ، علاوة على ذلك ، يتم تحرير كلا الفوتونين من نفس الحالة المثارة في نفس المرحلة ، هذه العملية ، تسمى الانبعاث المحفز ، أساسية لعمل الليزر (كما هو موضح في الشكل أعلاه). في هذه العملية ، المفتاح هو الفوتون الذي له نفس الطول الموجي للضوء المراد انبعاثه.

التضخيم وانقلاب السكان

عندما يتم إنشاء ظروف مواتية للانبعاث المحفز ، يتم إجبار المزيد والمزيد من الذرات على إصدار فوتونات وبالتالي بدء تفاعل متسلسل وإطلاق كمية هائلة من الطاقة. ينتج عن هذا تراكم سريع للطاقة ينبعث منها طول موجي معين (ضوء أحادي اللون) ، ينتقل بشكل متماسك في اتجاه معين وثابت. هذه العملية تسمى التضخيم عن طريق الانبعاث المستحث.

يُطلق على عدد الذرات في أي مستوى في وقت معين تعداد هذا المستوى. عادة ، عندما لا يتم إثارة المادة خارجيًا ، يكون عدد السكان في المستوى الأدنى أو الحالة الأرضية أكبر من المستوى الأعلى. عندما يتجاوز عدد السكان في المستوى الأعلى عدد السكان في المستوى الأدنى ، وهو ما يمثل انعكاسًا للإشغال الطبيعي ، تسمى العملية انعكاس السكان. هذا الموقف ضروري لعمل الليزر. لأي انبعاث محفز.

من الضروري أن يكون لمستوى الطاقة الأعلى أو الحالة المستقرة المستقرة عمرًا طويلًا ، أي يجب أن تتوقف الذرات مؤقتًا عند الحالة المستقرة المحققة لفترة أطول من المستوى الأدنى. وبالتالي ، بالنسبة لعمل الليزر ، يجب أن تكون آلية الضخ (مثيرة مع مصدر خارجي) من هذا ، للحفاظ على عدد أكبر من الذرات في مستوى الطاقة الأعلى بالنسبة لتلك الموجودة في المستوى الأدنى.

التحكم في ديود الليزر

يتم تشغيل الصمام الثنائي لليزر بتيار أعلى بكثير ، وعادة ما يكون أكبر بحوالي 10 مرات من الصمام العادي. يقارن الشكل أدناه رسمًا بيانيًا لإخراج الضوء لمصباح LED عادي وتلك الخاصة بصمام ثنائي ليزر. في LED ، يزيد ناتج الضوء بشكل مطرد مع زيادة تيار الصمام الثنائي. في الصمام الثنائي الليزري ، لا يتم إنتاج ضوء الليزر حتى يصل المستوى الحالي إلى مستوى العتبة عندما يبدأ الانبعاث المحفّز بالحدوث. عادةً ما يكون تيار العتبة أكثر من 80٪ من الحد الأقصى للتيار الذي يمر به الجهاز قبل تدميره! لهذا السبب ، يجب تنظيم التيار عبر الصمام الثنائي لليزر بعناية.

مقارنة بين LED

مشكلة أخرى هي أن انبعاث الفوتونات يعتمد بشكل كبير على درجة الحرارة ، فالديود يتم تشغيله بالفعل بالقرب من حده وبالتالي يصبح ساخنًا ، وبالتالي يغير كمية الضوء المنبعث (الفوتونات) وتيار الصمام الثنائي. بحلول الوقت الذي يعمل فيه الصمام الثنائي لليزر بكفاءة ، فإنه يعمل على شفا كارثة! إذا انخفض التيار وانخفض إلى ما دون تيار العتبة ، فإن الانبعاث المحفّز يتوقف قليلاً عن التيار الزائد ويتم تدمير الصمام الثنائي.

عندما تمتلئ الطبقة النشطة بالفوتونات المتذبذبة ، فإن بعض الضوء (عادة حوالي 60٪) يهرب في حزمة ضيقة ومسطحة من حافة رقاقة الصمام الثنائي. كما هو موضح أدناه ، فإن بعض الضوء المتبقي يهرب أيضًا عند الحافة المقابلة ويتم استخدامه تنشيط الثنائي الضوئي ، والذي يحول الضوء مرة أخرى إلى تيار كهربائي. يستخدم هذا التيار كتغذية مرتدة لدائرة محرك الصمام الثنائي الأوتوماتيكي ، لقياس النشاط في الصمام الثنائي الليزري ، وبالتالي تأكد من خلال التحكم في التيار من خلال الصمام الثنائي الليزري ، أن التيار وخرج الضوء يظلان عند مستوى ثابت وآمن.

التحكم في ديود الليزر

تطبيقات ليزر ديود

تعد وحدات ليزر ديود مثالية لتطبيقات مثل علوم الحياة أو الأجهزة الصناعية أو العلمية. تتوفر وحدات ليزر ديود في مجموعة متنوعة من الأطوال الموجية أو قوى الإخراج أو أشكال الشعاع.

تُستخدم أجهزة الليزر منخفضة الطاقة في عدد متزايد من التطبيقات المألوفة بما في ذلك مشغلات ومسجلات الأقراص المضغوطة وأقراص DVD ، وأجهزة قراءة الرموز الشريطية ، وأنظمة الأمان ، والاتصالات الضوئية ، والأدوات الجراحية

تطبيقات صناعية: النقش والقطع والنقش والحفر واللحام ، إلخ.
التطبيقات الطبية تزيل الأنسجة غير المرغوب فيها وتشخيص الخلايا السرطانية باستخدام الفلورة وأدوية الأسنان. بشكل عام ، نتائج استخدام الليزر أفضل من النتائج باستخدام سكين جراحي.

ثنائيات الليزر المستخدمة في الاتصالات: في مجال الاتصالات 1.3 ميكرومتر و 1.55 ميكرومتر ثنائيات ليزر النطاق المستخدمة كمصدر الضوء الرئيسي لليزر ألياف السيليكا لها خسارة إرسال أقل في النطاق. يستخدم الصمام الثنائي الليزري مع النطاق المختلف لضخ المصدر للتضخيم البصري أو للوصلة البصرية قصيرة المسافة.

وبالتالي ، هذا كل شيء عن بناء ليزر ديود واستخداماته. إذا كنت مهتما في بناء المشاريع القائمة على LED بمفردك ، يمكنك التواصل معنا عن طريق نشر استفساراتك أو أفكارك المبتكرة في قسم التعليقات أدناه ، وهنا سؤال لك ، ما هي وظيفة ليزر ديود؟