Eine Laserdiode ist ein Laser, dessen aktives Medium ein Halbleiter ist, der dem ähnlich ist, das in einer Licht ausstrahlenden Diode gefunden ist. Der allgemeinste Typ der Laserdiode wird von einem p-n Verbindungspunkt gebildet und durch den eingespritzten elektrischen Strom angetrieben. Die ehemaligen Geräte werden manchmal Spritzenlaserdioden genannt, um sie von optisch gepumpten Laserdioden zu unterscheiden.

Theorie der Operation

Eine Laserdiode wird durch das Doping einer sehr dünnen Schicht auf der Oberfläche einer Kristalloblate gebildet. Der Kristall wird lackiert, um ein n-leitendes Gebiet und ein P-Typ-Gebiet, ein über dem anderen zu erzeugen, auf einen p-n Verbindungspunkt oder Diode hinauslaufend.

Laserdioden bilden eine Teilmenge der größeren Klassifikation von Halbleiter p-n Verbindungspunkt-Dioden. Schicken Sie elektrische Neigung über die Laserdiode-Ursachen die zwei Arten des Anklage-Transportunternehmens - Löcher und Elektronen nach - um von Gegenseiten des p-n Verbindungspunkts ins Erschöpfungsgebiet "eingespritzt" zu werden. Löcher werden vom p-doped und den Elektronen vom n-doped, Halbleiter eingespritzt. (Ein Erschöpfungsgebiet, das an irgendwelchen Anklage-Transportunternehmen leer ist, formt sich infolge des Unterschieds im elektrischen Potenzial zwischen n- und P-Typ-Halbleitern, wo auch immer sie im physischen Kontakt sind.) Wegen des Gebrauches der Anklage-Einspritzung im Antreiben der meisten Diode-Laser wird diese Klasse von Lasern manchmal "Spritzenlaser," oder "Spritzenlaserdiode" (ILD) genannt. Da Diode-Laser Halbleiter-Geräte sind, können sie auch als Halbleiter-Laser klassifiziert werden. Jede Benennung unterscheidet Diode-Laser von Halbleiterlasern.

Eine andere Methode, einige Diode-Laser anzutreiben, ist der Gebrauch des optischen Pumpens. Gebrauch von Optically Pumped Semiconductor Lasers (OPSL) ein III-V Halbleiter-Span als die Gewinn-Medien und ein anderer Laser (häufig ein anderer Diode-Laser) als die Pumpe-Quelle. OPSL bieten mehrere Vorteile gegenüber ILDs besonders in der Wellenlänge-Auswahl an und fehlen der Einmischung von inneren Elektrode-Strukturen.

Wenn ein Elektron und ein Loch in demselben Gebiet da sind, können sie wiederverbinden oder mit dem Ergebnis "vernichten", das spontane Emission ist —, d. h. das Elektron kann den Energiestaat des Loches wiederbesetzen, ein Foton mit der Energie ausstrahlend, die dem Unterschied zwischen dem Elektron und den beteiligten Loch-Staaten gleich ist. (In einer herkömmlichen Halbleiter-Verbindungspunkt-Diode wird die Energie, die von der Wiederkombination von Elektronen und Löchern veröffentlicht ist, als phonons, d. h., Gitter-Vibrationen, aber nicht als Fotonen weggetragen.) Spontane Emission gibt die Laserdiode unter faulenzenden ähnlichen Schwelleneigenschaften zu einem GEFÜHRTEN. Spontane Emission ist notwendig, um Laserschwingung zu beginnen, aber es ist ein unter mehreren Quellen der Wirkungslosigkeit, sobald der Laser schwingt.

Der Unterschied zwischen dem Foton ausstrahlenden Halbleiter herkömmlicher und Laserphonon-Ausstrahlen-Halbleiter-Verbindungspunkt (nicht das leichte Ausstrahlen) Dioden liegt im Gebrauch eines verschiedenen Typs von Halbleiter, derjenige, dessen physischer und Atombau die Möglichkeit für die Foton-Emission zuteilt. Diese Foton ausstrahlenden Halbleiter sind der so genannte "direkte bandgap" Halbleiter. Die Eigenschaften von Silikon und Germanium, die Halbleiter des einzelnen Elements sind, haben bandgaps, die sich im Weg nicht ausrichten, musste Foton-Emission erlauben und werden "direkt" nicht betrachtet. Andere Materialien, die so genannten zusammengesetzten Halbleiter, haben eigentlich identische kristallene Strukturen als Silikon oder Germanium, aber Gebrauch Wechselmaßnahmen von zwei verschiedenen Atomarten in einem einem Damebrett ähnlichen Muster, um die Symmetrie zu brechen. Der Übergang zwischen den Materialien im Wechselmuster schafft den kritischen "direkten bandgap" Eigentum. Gallium arsenide, Indium-Phosphid, Gallium antimonide und Gallium-Nitrid sind alle Beispiele von zusammengesetzten Halbleiter-Materialien, die verwendet werden können, um Verbindungspunkt-Dioden zu schaffen, die Licht ausstrahlen.

Ohne stimulierte Emission (z.B faulenzend) können Bedingungen, Elektronen und Löcher in der Nähe zu einander ohne das Wiederkombinieren seit einer bestimmten Zeit koexistieren, hat die "" oder "Ober-Zustandlebenswiederkombinationszeit" genannt (ungefähr eine Nanosekunde für typische Diode-Lasermaterialien), bevor sie sich wiederverbinden. Dann kann ein nahe gelegenes Foton mit der der Wiederkombinationsenergie gleichen Energie Wiederkombination durch die stimulierte Emission verursachen. Das erzeugt ein anderes Foton derselben Frequenz, in derselben Richtung, mit derselben Polarisation und Phase wie das erste Foton reisend. Das bedeutet, dass stimulierte Emissionsursachen an einer optischen Welle (der richtigen Wellenlänge) im Spritzengebiet und den Gewinn-Zunahmen als die Zahl von Elektronen und über die Verbindungspunkt-Zunahmen eingespritzten Löchern gewinnen. Die spontanen und stimulierten Emissionsprozesse sind in direkten bandgap Halbleitern gewaltig effizienter als in indirekten bandgap Halbleitern; deshalb ist Silikon nicht ein allgemeines Material für Laserdioden.

Als in anderen Lasern wird das Gewinn-Gebiet mit einer optischen Höhle umgeben, um einen Laser zu bilden. In der einfachsten Form der Laserdiode wird ein optischer Wellenleiter auf dieser Kristalloberfläche gemacht, solch, dass das Licht auf eine relativ schmale Linie beschränkt wird. Die zwei Enden des Kristalls werden zerspaltet, um vollkommen glatte, parallele Ränder zu bilden, einen Fabry-Pérot Resonator bildend. In eine Weise des Wellenleiters ausgestrahlte Fotonen werden entlang dem Wellenleiter reisen und mehrere Male von jedem Endgesicht widerspiegelt werden, bevor sie ausgestrahlt werden. Da eine leichte Welle die Höhle durchführt, wird sie durch die stimulierte Emission verstärkt, aber Licht wird auch wegen der Absorption und durch das unvollständige Nachdenken von den Endseiten verloren. Schließlich, wenn es mehr Erweiterung gibt als Verlust, beginnt die Diode "zu faulenzen".

Einige wichtige Eigenschaften von Laserdioden werden durch die Geometrie der optischen Höhle bestimmt. Allgemein, in der vertikalen Richtung, wird das Licht in einer sehr dünnen Schicht enthalten, und die Struktur unterstützt nur eine einzelne optische Weise in der Richtungssenkrechte zu den Schichten. In der Querrichtung, wenn der Wellenleiter im Vergleich zur Wellenlänge des Lichtes breit ist, dann kann der Wellenleiter vielfache optische Querweisen unterstützen, und ist der Laser als "Mehrweise" bekannt. Diese schräg sind Mehrweise-Laser in Fällen entsprechend, wo man einen sehr großen Betrag der Macht, aber nicht einen kleinen Beugungsbeschränkten Balken braucht; zum Beispiel im Druck, den Aktivieren-Chemikalien oder dem Pumpen anderer Typen von Lasern.

In Anwendungen, wo ein kleiner eingestellter Balken erforderlich ist, muss der Wellenleiter schmal auf der Ordnung der optischen Wellenlänge gemacht werden. Auf diese Weise wird nur eine einzelne Querweise unterstützt, und man endet mit einem Beugungsbeschränkten Balken. Solche einzelnen Raumweise-Geräte werden für die optische Lagerung, Laserzeigestöcke und Faser-Optik verwendet. Bemerken Sie, dass diese Laser noch vielfache Längsweisen unterstützen können, und so an vielfachen Wellenlängen gleichzeitig faulenzen können.

Die ausgestrahlte Wellenlänge ist eine Funktion der Band-Lücke des Halbleiters und der Weisen der optischen Höhle. Im Allgemeinen wird der maximale Gewinn für Fotonen mit der Energie ein bisschen über der Energie der Band-Lücke und den Weisen am nächsten vorkommen die Gewinn-Spitze wird am stärksten faulenzen. Wenn die Diode stark genug gesteuert wird, können zusätzliche Seitenweisen auch faulenzen.

Einige Laserdioden, wie die meisten sichtbaren Laser, funktionieren an einer einzelnen Wellenlänge, aber diese Wellenlänge ist nicht stabil und ändert sich wegen Schwankungen im Strom oder der Temperatur.

Wegen der Beugung weicht der Balken ab (breitet) (sich) schnell nach dem Verlassen des Spans normalerweise an 30 Graden vertikal um 10 Grade seitlich (aus).

Eine Linse muss verwendet werden, um einen zusammenfallen gelassenen Balken wie das zu bilden, das durch einen Laserzeigestock erzeugt ist.

Wenn ein kreisförmiger Balken erforderlich ist, werden zylindrische Linsen und andere Optik verwendet.

Für einzelne Raumweise-Laser, mit symmetrischen Linsen, endet der zusammenfallen gelassene Balken damit, in der Gestalt wegen des Unterschieds in den vertikalen und seitlichen Abschweifungen elliptisch zu sein. Das ist mit einem roten Laserzeigestock leicht erkennbar.

Die einfache Diode, die oben beschrieben ist, ist in den letzten Jahren schwer modifiziert worden, um moderne Technologie anzupassen, auf eine Vielfalt von Typen von Laserdioden, wie beschrieben, unten hinauslaufend.

Typen

Die einfache Laserdiode-Struktur, die oben beschrieben ist, ist äußerst ineffizient. Solche Geräte verlangen so viel Macht, dass sie nur erreichen können, hat Operation ohne Schaden pulsiert. Obwohl historisch wichtig und leicht, zu erklären, solche Geräte nicht praktisch sind.

Verdoppeln Sie heterostructure Laser

In diesen Geräten wird eine Schicht des niedrigen bandgap Materials zwischen zwei hohen bandgap Schichten eingeschoben. Ein allgemein verwendetes Paar von Materialien ist Gallium arsenide (GaAs) mit Aluminiumgallium arsenide (AlGaAs). Jeder der Verbindungspunkte zwischen verschiedenen bandgap Materialien wird einen heterostructure genannt, folglich verdoppelt der Name "heterostructure DH oder" Laserlaser. Die Art der im ersten Teil des Artikels beschriebenen Laserdiode kann einen homojunction Laser für die Unähnlichkeit mit diesen populäreren Geräten genannt werden.

Der Vorteil eines DH Lasers besteht darin, dass das Gebiet, wo freie Elektronen und Löcher gleichzeitig — das aktive Gebiet bestehen — auf die dünne mittlere Schicht beschränkt wird. Das bedeutet, dass noch viele der Elektronloch-Paare zu Erweiterung beitragen können — werden nicht so viele in der schlecht ausführlicher erläuternden Peripherie ausgelassen. Außerdem wird Licht vom heterojunction widerspiegelt; folglich wird das Licht auf das Gebiet beschränkt, wo die Erweiterung stattfindet.

Quant gut Laser

Wenn die mittlere Schicht dünn genug gemacht wird, handelt sie als ein Quant gut. Das bedeutet, dass die vertikale Schwankung des wavefunction des Elektrons, und so ein Bestandteil seiner Energie, gequantelt werden. Die Leistungsfähigkeit eines Quants gut ist Laser größer als dieser eines Hauptteil-Lasers, weil die Dichte der Zustandfunktion von Elektronen im Quant gut System einen plötzlichen Rand hat, der Elektronen in Energiestaaten konzentriert, die zu Laserhandlung beitragen.

Laser, die mehr als ein Quant gut Schicht enthalten, sind als vielfaches Quant gut Laser bekannt. Vielfache Quant-Bohrlöcher verbessern das Übergreifen des Gewinn-Gebiets mit der optischen Wellenleiter-Weise.

Weitere Verbesserungen in der Laserleistungsfähigkeit sind auch durch das Reduzieren des Quants gut Schicht zu einer Quant-Leitung oder zu einem "Meer" von Quant-Punkten demonstriert worden.

Quant-Kaskadelaser

In einem Quant-Kaskadelaser wird der Unterschied zwischen dem Quant gut Energieniveaus für den Laserübergang statt des bandgap verwendet. Das ermöglicht Laserhandlung an relativ langen Wellenlängen, die einfach durch das Ändern der Dicke der Schicht abgestimmt werden können. Sie sind heterojunction Laser.

Getrennte Beschränkung heterostructure Laser

Das Problem mit dem einfachen Quant gut ist Diode, die oben beschrieben ist, dass die dünne Schicht einfach zu klein ist, um das Licht effektiv zu beschränken. Um zu ersetzen, werden weitere zwei Schichten außerhalb der ersten drei hinzugefügt. Diese Schichten haben einen niedrigeren Brechungsindex als die Zentrum-Schichten, und beschränken folglich das Licht effektiv. Solch ein Design wird eine Laserdiode der getrennten Beschränkung heterostructure (SCH) genannt.

Fast alle kommerziellen Laserdioden seit den 1990er Jahren sind SCH Quant gut Dioden gewesen.

Verteilte Feed-Back-Laser

Verteilte Feed-Back-Laser (DFB) sind der allgemeinste Sender-Typ in DWDM-Systemen. Um die faulenzende Wellenlänge zu stabilisieren, wird eine Beugungsvergitterung in der Nähe vom p-n Verbindungspunkt der Diode geätzt. Dieser knirschende Taten wie ein optischer Filter, eine einzelne Wellenlänge veranlassend, zurück zum Gewinn-Gebiet gefüttert zu werden, und faulenzen. Da die Vergitterung das Feed-Back zur Verfügung stellt, das für das Faulenzen erforderlich ist, ist das Nachdenken von den Seiten nicht erforderlich. So ist mindestens eine Seite eines DFB angestrichenes Antinachdenken. Der DFB Laser hat eine stabile Wellenlänge, die während der Herstellung durch den Wurf der Vergitterung gesetzt wird, und nur ein bisschen mit der Temperatur abgestimmt werden kann. DFB Laser werden in optischen Nachrichtenanwendungen weit verwendet, wo eine genaue und stabile Wellenlänge kritisch ist.

Der Schwellenstrom dieses DFB Lasers, der auf seiner statischen Eigenschaft gestützt ist, ist ungefähr 11 mA. Der passende Neigungsstrom in einem geradlinigen Regime konnte in der Mitte der statischen Eigenschaft (50 mA) genommen werden.

VCSELs

Oberflächenausstrahlen-Laser der vertikalen Höhle (VCSELs) haben die optische Höhle-Achse entlang der Richtung des aktuellen Flusses aber nicht der Senkrechte zum aktuellen Fluss als in herkömmlichen Laserdioden. Die aktive Gebiet-Länge ist im Vergleich zu den seitlichen Dimensionen sehr kurz, so dass die Radiation aus der Oberfläche der Höhle aber nicht von seinem Rand, wie gezeigt, in der Zahl erscheint. Die Reflektoren an den Enden der Höhle sind dielektrische Spiegel, die davon gemacht sind, hohe und niedrige Brechungsindex-Viertel-Welle dicke Mehrschicht abwechseln zu lassen.

Solche dielektrischen Spiegel stellen einen hohen Grad von mit der Wellenlänge auswählendem reflectance an der erforderlichen freien Oberflächenwellenlänge λ zur Verfügung, wenn die Dicke von Wechselschichten d und d mit Refraktionsindizes n und n solch ist, dass nd + nd = λ/2, der dann zur konstruktiven Einmischung aller teilweise widerspiegelten Wellen an den Schnittstellen führt. Aber es gibt einen Nachteil: Wegen der hohen Spiegelreflexionsvermögen haben VCSELs niedrigere Produktionsmächte wenn im Vergleich zu Rand ausstrahlenden Lasern.

Es gibt mehrere Vorteile für das Produzieren von VCSELs im Vergleich zum Produktionsprozess von Rand ausstrahlenden Lasern. Rand-Emitter können bis zum Ende des Produktionsprozesses nicht geprüft werden. Wenn der Rand-Emitter nicht arbeitet, ob wegen schlechter Kontakte oder schlechter materieller Wachstumsqualität die Produktionszeit und die in einer Prozession gehenden Materialien vergeudet worden sind.

Zusätzlich, weil VCSELs die Balken-Senkrechte zum aktiven Gebiet des Lasers im Vergleich mit der Parallele als mit einem Rand-Emitter ausstrahlen, können Zehntausende von VCSELs gleichzeitig auf einem Drei-Zoll-Gallium Arsenide Oblate bearbeitet werden. Außerdem, wenn auch der VCSEL Produktionsprozess mehr Arbeit und intensives Material ist, kann der Ertrag zu einem voraussagbareren Ergebnis kontrolliert werden. Jedoch zeigen sie normalerweise ein niedrigeres Macht-Produktionsniveau.

VECSELs

Vertikale Außenhöhle-Oberflächenausstrahlen-Laser oder VECSELs, sind VCSELs ähnlich. In VCSELs werden die Spiegel normalerweise epitaxial als ein Teil der Diode-Struktur angebaut, oder getrennt angebaut und direkt zum Halbleiter verpfändet, der das aktive Gebiet enthält. VECSELs sind durch einen Aufbau bemerkenswert, in dem der zwei Spiegel zur Diode-Struktur äußerlich ist. Infolgedessen schließt die Höhle ein Frei-Raumgebiet ein. Eine typische Entfernung von der Diode bis den Außenspiegel würde 1 Cm sein.

Eine der interessantesten Eigenschaften jedes VECSEL ist die kleine Dicke des Halbleiter-Gewinn-Gebiets in der Richtung auf die Fortpflanzung, weniger als 100 nm. Im Gegensatz hat ein herkömmlicher instufigem Halbleiter-Laser leichte Fortpflanzung über Entfernungen von 250 µm aufwärts zu 2 Mm oder länger zur Folge. Die Bedeutung der kurzen Fortpflanzungsentfernung besteht darin, dass sie die Wirkung von "antiführenden" Nichtlinearitäten im Diode-Lasergewinn-Gebiet veranlasst, minimiert zu werden. Das Ergebnis ist eine einzelne Weise der großen bösen Abteilung optischer Balken, der von instufigem ("Rand ausstrahlenden") Diode-Lasern nicht erreichbar ist.

Mehrere Arbeiter haben optisch gepumpten VECSELs demonstriert, und sie setzen fort, für viele Anwendungen einschließlich hoher Macht-Quellen für den Gebrauch in der Industriefertigung (Ausschnitt, das Lochen, usw.) wegen ihrer ungewöhnlich hohen Macht und Leistungsfähigkeit, wenn gepumpt, durch Mehrweise-Diode-Laserbars entwickelt zu werden.

Elektrisch gepumpte VECSELs sind auch demonstriert worden. Anwendungen für elektrisch gepumpten VECSELs schließen Vorsprung-Anzeigen ein, die durch die Frequenzverdoppelung der Nähe - IR VECSEL Emitter gedient sind, um blaues und grünes Licht zu erzeugen.

Außenhöhle-Diode-Laser

Außenhöhle-Diode-Laser sind stimmbare Laser, die hauptsächlich doppelte heterostructures Dioden des verwenden

Typ AlGaAs. Die ersten Außenhöhle-Diode-Laser haben Intrahöhle verwendet

etalons und einfacher stimmender Littrow gratings. Andere Designs schließen gratings in die Konfiguration des streifenden-Vorkommens und Vergitterungskonfigurationen des vielfachen Prismas ein.

Misserfolg-Weisen

Laserdioden haben dieselbe Zuverlässigkeit und Misserfolg-Probleme wie leichte Ausstrahlen-Dioden. Außerdem sind sie dem katastrophalen optischen Schaden (COD), wenn bedient, an der höheren Macht unterworfen.

Viele der Fortschritte in der Zuverlässigkeit von Diode-Lasern in den letzten 20 Jahren bleiben Eigentums-ihren Entwicklern. Die Zuverlässigkeit einer Laserdiode kann machen oder ein Erzeugnis brechen. Außerdem ist Rücktechnik nicht immer im Stande, die Unterschiede zwischen mehr - zuverlässig und weniger - zuverlässige Diode-Laserprodukte zu offenbaren.

Am Rand eines Diode-Lasers, wo Licht ausgestrahlt wird, wird ein Spiegel durch das Kleben der Halbleiter-Oblate traditionell gebildet, um ein spiegelnd nachdenkendes Flugzeug zu bilden. Diese Annäherung wird durch die Schwäche [110] crystallographic Flugzeug in III-V Halbleiter-Kristallen (wie GaAs, InP, GaSb, usw.) im Vergleich zu anderen Flugzeugen erleichtert. Ein Kratzer, der am Rand der Oblate und einer geringen sich biegenden Kraft gemacht ist, veranlasst ein fast atomar vollkommenes spiegelähnliches Spaltungsflugzeug, sich zu formen und sich in einer Gerade über die Oblate fortzupflanzen.

Aber es geschieht so, dass die Atomstaaten am Spaltungsflugzeug (im Vergleich zu ihren Hauptteil-Eigenschaften innerhalb des Kristalls) durch die Beendigung des vollkommen periodischen Gitters an diesem Flugzeug verändert werden. Oberflächenstaaten am zerspalteten Flugzeug, haben Sie Energieniveaus innerhalb (sonst verboten) bandgap des Halbleiters.

Im Wesentlichen infolgedessen, wenn sich Licht durch das Spaltungsflugzeug und die Durchfahrten zum freien Raum aus dem Halbleiter-Kristall fortpflanzt, ist ein Bruchteil der leichten Energie von den Oberflächenstaaten woher gefesselt es wird umgewandelt, um durch Phonon-Elektronwechselwirkungen zu heizen. Das heizt den zerspalteten Spiegel. Außerdem kann der Spiegel einfach heizen, weil der Rand des Diode-Lasers — der elektrisch gepumpt wird — im Less-Perfect-Kontakt mit dem Gestell ist, das einen Pfad für die Hitzeeliminierung zur Verfügung stellt. Die Heizung des Spiegels veranlasst den bandgap des Halbleiters, in den wärmeren Gebieten zurückzuweichen. Das bandgap Zusammenschrumpfen bringt mehr elektronische Übergänge des Bandes-zu-bändig in die Anordnung mit der Foton-Energie, die noch mehr Absorption verursacht. Das ist Thermalausreißer, eine Form des positiven Feed-Backs, und das Ergebnis kann der Seite schmelzen, die als katastrophaler optischer Schaden oder KABELJAU bekannt ist.

In den 1970er Jahren wurde dieses Problem, das besonders nettlesome für das mit Sitz in GaAs Laserausstrahlen zwischen 1 µm und 0.630 µm Wellenlängen ist (weniger für InP hat Laser gestützt, die für das Fernmeldewesen des langen Ziehens verwendet sind, das zwischen 1.3 µm und 2 µm ausstrahlt), identifiziert. Michael Ettenberg, ein Forscher und später Vizepräsident am Forschungszentrum von David Sarnoff von RCA Laboratorien in Princeton, New Jersey, hat eine Lösung ausgedacht. Eine dünne Schicht von Aluminiumoxyd wurde auf der Seite abgelegt. Wenn die Aluminiumoxyddicke richtig gewählt wird, fungiert sie als eine nicht reflektierende Deckschicht, Nachdenken an der Oberfläche reduzierend. Das hat die Heizung und den KABELJAU an der Seite erleichtert.

Seitdem sind verschiedene andere Verbesserungen verwendet worden. Eine Annäherung soll einen so genannten solchen nichtfesselnden Spiegel (NAM) schaffen, dass die 10 End-µm oder so vor dem Licht von der zerspalteten Seite ausstrahlen, werden gemacht, an der Wellenlänge von Interesse nichtabsorbierend.

Am Anfang der 1990er Jahre hat SDL, Inc. begonnen, hohe Macht-Diode-Laser mit guten Zuverlässigkeitseigenschaften zu liefern. CEO Donald Scifres und CTO David Welch haben neue Zuverlässigkeitsleistungsdaten an, z.B, SPIE Photonics Westkonferenzen des Zeitalters präsentiert. Wie man betrachtete, waren die durch SDL verwendeten Methoden, um KABELJAU zu vereiteln, hoch Eigentums- und waren noch öffentlich bezüglich des Junis 2006 geheim gehalten.

Mitte der 1990er Jahre hat IBM Research (Ruschlikon, die Schweiz) bekannt gegeben, dass es E2 seinen so genannten "Prozess" ausgedacht hatte, der außergewöhnlichen Widerstand gegen den KABELJAU in mit Sitz in GaAs Lasern zugeteilt hat. Dieser Prozess war auch bezüglich des Junis 2006 geheim gehalten.

Die Zuverlässigkeit von Hochleistungsdiode-Laserpumpe-Bars (hat gepflegt, Halbleiterlaser zu pumpen), bleibt ein schwieriges Problem in einer Vielfalt von Anwendungen trotz dieser Eigentumsfortschritte. Tatsächlich wird die Physik des Diode-Lasermisserfolgs noch ausgearbeitet, und die Forschung über dieses Thema bleibt aktiv, wenn Eigentums-.

Die Erweiterung der Lebenszeit von Laserdioden ist zu ihrer fortlaufenden Anpassung an ein großes Angebot an Anwendungen kritisch.

Gebrauch

Laserdioden sind numerisch der allgemeinste Lasertyp, mit 2004-Verkäufen von etwa 733 Millionen Einheiten,

verglichen mit 131,000 anderer Typen von Lasern.

Laserdioden finden breiten Gebrauch im Fernmeldewesen, wie leicht abgestimmt, und haben leicht leichte Quellen für die Faser-Optik-Kommunikation verbunden. Sie werden in verschiedenen Messgeräten wie Entfernungsmesser verwendet. Eine andere übliche Anwendung ist in Strichcodelesern. Sichtbare Laser, normalerweise rot, aber später auch grün, sind als Laserzeigestöcke üblich. Sowohl niedrige als auch Hochleistungsdioden werden umfassend in der Druckindustrie sowohl als leichte Quellen verwendet, um (Eingang) von Images als auch für die sehr schnelllaufende und hochauflösende Druckplatte (Produktion) Herstellung zu scannen. Infrarote und rote Laserdioden sind in CD-Spielern, CD-ROMs und DVD-Technologie üblich. Violette Laser werden in der HD DVD und Blu-Strahl-Technologie verwendet. Diode-Laser haben auch viele Anwendungen in der Laserabsorptionsspektrometrie (LAS) für die schnelllaufende, preisgünstige Bewertung oder Überwachung der Konzentration der verschiedenen Arten in der Gasphase gefunden. Hochleistungslaserdioden werden in Industrieanwendungen wie das Hitzebehandeln, die Verkleidung, das Naht-Schweißen verwendet und um andere Laser, solcher, wie Diode-gepumpt, Halbleiterlaser zu pumpen.

Der Gebrauch von Laserdioden kann auf verschiedene Weisen kategorisiert werden. Den meisten Anwendungen konnte durch größere Halbleiterlaser oder optische parametrische Oszillatoren gedient werden, aber die niedrigen Kosten von serienmäßig hergestellten Diode-Lasern machen sie notwendig für Massenmarkt-Anwendungen. Diode-Laser können in sehr vielen Feldern verwendet werden; da Licht viele verschiedene Eigenschaften hat (Macht, Wellenlänge, geisterhaft und Balken-Qualität, Polarisation, usw.) ist es nützlich, Anwendungen durch diese grundlegenden Eigenschaften zu klassifizieren.

Viele Anwendungen von Diode-Lasern machen in erster Linie von der "geleiteten Energie" Eigentum eines optischen Balkens Gebrauch. In dieser Kategorie könnte man die Laserdrucker, die Strichcodeleser, die Bildabtastung, die Illuminatoren, designators, die optische Datenaufnahme, das Verbrennen-Zünden, die Laserchirurgie, das Industriesortieren, die Industriefertigung einschließen, und hat Energiebewaffnung geleitet. Einige dieser Anwendungen sind fest, während andere erscheinen.

Lasermedizin: Medizin und besonders Zahnheilkunde haben vielen neuen Gebrauch für Diode-Laser gefunden. Die Schrumpfen-Größe der Einheiten und ihrer zunehmenden Benutzerfreundlichkeit macht sie sehr attraktiv für Kliniker für geringe weiche Gewebeverfahren. Die 800 nm - 980 nm Einheiten haben eine hohe Absorptionsquote für das Hämoglobin und machen sie so ideal für weiche Gewebeanwendungen, wo gut, ist hemostasis notwendig.

Gebrauch, der von der Kohärenz des Diode-lasererzeugten Lichtes Gebrauch machen kann, schließt interferometric Entfernungsmaß, Holographie, zusammenhängende Kommunikationen und zusammenhängende Kontrolle von chemischen Reaktionen ein.

Gebrauch, der von "schmalen geisterhaften" Eigenschaften von Diode-Lasern Gebrauch machen kann, schließt ein

Reihe-Entdeckung, Fernmeldewesen, Infrarotgegenmaßnahmen, spektroskopische Abfragung, Generation der Radiofrequenz oder terahertz Wellen, setzt Atomuhr Vorbereitung, Quant-Schlüsselgeheimschrift, Frequenzverdoppelung und Konvertierung, Wasserreinigung (im UV), und photodynamische Therapie fest (wo eine besondere Wellenlänge des Lichtes eine Substanz wie porphyrin veranlassen würde, chemisch aktiv als ein Antikrebs-Agent zu werden nur dort, wo das Gewebe durch das Licht illuminiert wird).

Gebrauch, wo die gewünschte Qualität von Laserdioden ihre Fähigkeit ist, Ultrakurzpulse des Lichtes durch die als "Weise-Blockierung" bekannte Technik zu erzeugen, schließt Uhr-Vertrieb für einheitliche Hochleistungsstromkreise, Quellen der hohen Maximalmacht für die laserveranlasste Durchbruchsspektroskopie-Abfragung, willkürliche Wellenform-Generation für Radiofrequenz-Wellen, photonic ein, für die Konvertierung des Analogons-zu-digital und optische Codeabteilung vielfache Zugriffssysteme für die sichere Kommunikation ausfallend.

Allgemeine Wellenlängen

• 375 nm - Erregung des Flecks von Hoechst, Kalzium Blaue und andere Leuchtstofffärbemittel in der Fluoreszenz-Mikroskopie
• 405 nm - InGaN blauvioletter Laser, in der Blu-Strahl-Scheibe und HD DVD steuert
• 445 nm - InGaN Tiefblaue Lasermehrweise-Diode hat kürzlich (2010) für den Gebrauch in hohen freien Quecksilberhelligkeitsdatenprojektoren eingeführt
• 473 nm - Hellblaue Laserzeigestöcke, noch sehr teuer, Produktion von DPSS Systemen
• 485 nm - Erregung von GFP und anderen Leuchtstofffärbemitteln
• 510 nm - (zu ~525nm) Dioden von Green kürzlich (2010) entwickelt von Nichia und OSRAM für Laserkinoprojektoren.
• 635 nm - AlGaInP besser rote Laserzeigestöcke, dieselbe subjektiv 5mal so helle Macht wie 670 nm ein
• 640 nm - Hohe Helligkeit rote DPSS Laserzeigestöcke
• 657 nm - DVD-Laufwerke von AlGaInP, Laserzeigestöcke
• 670 nm - AlGaInP preiswerte rote Laserzeigestöcke
• 760 nm - Gasabfragung von AlGaInP:
• 785 nm - CD von GaAlAs steuert
• 808 nm - GaAlAs pumpt in DPSS s (z.B in grünen Laserzeigestöcken oder als Reihe in höher angetriebenen Lasern)
• 848 nm - Lasermäuse
• 980 nm - InGaAs pumpen nach optischen Verstärkern, nach DPSS Lasern
• 1064 nm - AlGaAs mit der Fasersehkommunikation, DPSS Laser pumpt Frequenz
• 1310 nm - InGaAsP, InGaAsN mit der Fasersehkommunikation
• 1480 nm - InGaAsP pumpen nach optischen Verstärkern
• 1512 nm - Gasabfragung von InGaAsP:
• 1550 nm - InGaAsP, InGaAsNSb mit der Fasersehkommunikation
• 1625 nm - InGaAsP mit der Fasersehkommunikation, Dienstkanal
• 1654 nm - Gasabfragung von InGaAsP:
• 1877 nm - Gasabfragung von GaSbAs:
• 2004 nm - Gasabfragung von GaSbAs:
• 2330 nm - Gasabfragung von GaSbAs:
• 2680 nm - Gasabfragung von GaSbAs:
• 3030 nm - Gasabfragung von GaSbAs:
• 3330 nm - Gasabfragung von GaSbAs:

Geschichte

Die zusammenhängende Lichtemission von einem Halbleiter (Gallium arsenide) Diode (die erste Laserdiode) wurde 1962 von zwei US-Gruppen demonstriert, die von Robert N. Hall am Forschungszentrum von General Electric und von Marshall Nathan an IBM T.J geführt sind. Forschungszentrum von Watson. Der Vorrang wird der Gruppe von General Electric gegeben, die erhalten und ihre Ergebnisse früher vorgelegt haben; sie sind auch weiter gegangen und haben eine widerhallende Höhle für ihre Diode gemacht. Die erste sichtbare Wellenlänge-Laserdiode wurde von Nick Holonyak dem Jüngeren demonstriert. später 1962.

Andere Mannschaften an MIT Lincoln Laboratory, Instrumenten von Texas und RCA Laboratorien wurden auch an und erhaltener Kredit für ihre historischen anfänglichen Demonstrationen der effizienten Lichtemission beteiligt und in Halbleiter-Dioden 1962 und danach faulenzend. Laser von GaAs wurden auch Anfang 1963 in der Sowjetunion von der von Nikolay Basov geführten Mannschaft erzeugt.

Am Anfang der 1960er Jahre wurde das flüssige Phase-Kristallwachstum (LPE) von Herbert Nelson von RCA Laboratorien erfunden. Durch layering die Kristalle der höchsten Qualität von unterschiedlichen Zusammensetzungen hat es die Demonstration der höchsten Qualität heterojunction Halbleiter-Lasermaterialien viele Jahre lang ermöglicht. LPE wurde von allen Hauptlaboratorien weltweit angenommen und viele Jahre lang verwendet. Es wurde schließlich in den 1970er Jahren durch das molekulare Balken-Kristallwachstum und die organometallic chemische Dampf-Absetzung verdrängt.

Diode-Laser dieses Zeitalters haben mit aktuellen Schwellendichten von 1000 A/cm bei 77 K Temperaturen funktioniert. Solche Leistung hat dauernd faulenzendem ermöglicht, in den frühsten Tagen demonstriert zu werden. Jedoch, wenn bedient, bei der Raumtemperatur, ungefähr 300 K, waren aktuelle Schwellendichten zwei Größenordnungen größer, oder 100,000 A/cm in den besten Geräten. Die dominierende Herausforderung für den Rest der 1960er Jahre sollte niedrige aktuelle Schwellendichte an 300 K erhalten und dadurch Dauerstrich zu demonstrieren, der bei der Raumtemperatur von einem Diode-Laser faulenzt.

Die ersten Diode-Laser waren homojunction Dioden. D. h. das Material (und so der bandgap) der Wellenleiter-Kernschicht und dieser der gekleideten Umgebungsschichten, waren identisch. Es wurde anerkannt, dass es eine Gelegenheit gab, die besonders durch den Gebrauch des flüssigen Phase-Kristallwachstums mit Aluminiumgallium arsenide gewährt ist, um heterojunctions einzuführen. Heterostructures bestehen aus Schichten von Halbleiter-Kristall das habende Verändern bandgap und der Brechungsindex. Heterojunctions (gebildet von heterostructures) war von Herbert Kroemer anerkannt worden, während man an RCA Laboratorien Mitte der 1950er Jahre gearbeitet hat, als seiend im Vorteil für mehrere Typen von elektronischen und optoelektronischen Geräten einschließlich Diode-Laser. LPE hat die Technologie gewährt, heterojunction Diode-Laser zu machen.

Die ersten heterojunction Diode-Laser waren einzelne-heterojunction Laser. Diese Laser haben Aluminiumgallium arsenide P-Typ-Injektoren verwertet, die über n-leitendes Gallium arsenide Schichten gelegen sind, die auf dem Substrat durch LPE angebaut sind. Eine Mischung von Aluminium hat Gallium im Halbleiter-Kristall ersetzt und hat den bandgap des P-Typ-Injektors über diese der n-leitenden Schichten unten erhoben. Es hat gearbeitet; die 300 K Schwellenströme sind durch 10× zu 10,000-Ampere-ProQuadratzentimeter hinuntergegangen. Leider war das noch immer nicht in der erforderlichen Reihe, und diese einzelnen-heterostructure Diode-Laser haben in der dauernden Welle-Operation bei der Raumtemperatur nicht fungiert.

Die Neuerung, die die Raumtemperaturherausforderung entsprochen hat, war der doppelte heterostructure Laser. Der Trick sollte sich schnell bewegen die Oblate im LPE Apparat zwischen dem verschiedenen "schmilzt" Aluminiumgalliums arsenide (p- und n-leitend), und ein Drittel schmelzen Galliums arsenide. Es musste schnell getan werden, seitdem das Gallium arsenide Kerngebiet bedeutsam unter 1 µm in der Dicke sein musste. Das kann das frühste wahre Beispiel "der Nanotechnologie" gewesen sein. Die erste Laserdiode, um dauernde Welle-Operation zu erreichen, war ein doppelter heterostructure demonstriert 1970 im Wesentlichen gleichzeitig von Zhores Alferov und Mitarbeitern (einschließlich Dmitri Z. Garbuzovs) der Sowjetunion, und Morton Panishs und Izuo Hayashis, der in den Vereinigten Staaten arbeitet. Jedoch wird es weit akzeptiert, dass Zhores I. Alferov und Mannschaft den Meilenstein zuerst erreicht haben.

Für ihre Ausführung und diesen ihrer Mitarbeiter haben Alferov und Kroemer den 2000-Nobelpreis in der Physik geteilt.

Siehe auch

• Laserdiode-Rate-Gleichungen
• Lasersicherheit
• Linse zusammenfallen zu lassen
• Superlumineszierende Diode
• Liste von Laserartikeln

Weiterführende Literatur

• B. Die Grundsätze von Van Zeghbroeck von Halbleiter-Geräten (für direkte und indirekte Band-Lücken)
• Saleh, Bahaa E. A. und Teich, Malvin Carl (1991). Grundlagen von Photonics. New York: John Wiley & Sons. Internationale Standardbuchnummer 0-471-83965-5. (Für die Stimulierte Emission)
• Koyama u. a. Fumio (1988), "Raumtemperatur cw Operation von GaAs vertikale Höhle-Oberfläche das Ausstrahlen des Lasers", Trans. IEICE, E71 (11): 1089-1090 (für VCSELS)
• Iga, Kenichi (2000), "Oberflächenausstrahlender Laser — Seine Geburt und Generation des neuen optoelectronics Feldes", IEEE Zeitschrift von Ausgewählten Themen in Quantum Electronics 6 (6): 1201-1215 (für VECSELS)
• Duarte, F. J. (2009), "Weit gehend stimmbare dispersive Außenhöhle-Halbleiter-Laser", in Stimmbaren Laseranwendungen. New York: CRC Presse. Internationale Standardbuchnummer 1-4200-6009-0. Seiten 143-177. (Für Außenhöhle-Diode-Laser)

Links

Die häufig gestellten

• Laserfragen von Sam durch Samuel M. Goldwasser
• Handbuch von Britney Spears zu Halbleiterphysik-Lasern des Rand-Ausstrahlens
• Anwendung und technische Zeichen, die aktuelle und Temperaturkontrolle von Laserdioden erklären
• Artikel über den Diode-Lasermarkt