Omawiając sprawność lasera należy pamiętać, że wielkość ta nie zawsze jest taka sama dla wszystkich typów laserów. Sprawność lasera jest określana przez sprawność wewnętrznej konwersji kwantowej. Konwersja ta zamienia pary elektron-dziura w laserze na fotony i ciepło. Sprawność ta jest niezależna od geometrii lasera. Sprawność wewnętrznej konwersji kwantowej jest więc właściwym parametrem, który należy stosować przy porównywaniu jakości materiału różnych laserów.
Wewnętrzna sprawność kwantowa
Wewnętrzna sprawność kwantowa lasera diodowego to stosunek fotonów optycznych powstałych w wyniku rekombinacji elektron-dziura wewnątrz wnęki lasera do całkowitej liczby wyprodukowanych fotonów. Podczas tego procesu występują jednak straty i niektóre fotony nigdy nie docierają na zewnątrz lasera. W takich przypadkach wewnętrzna sprawność kwantowa jest mniejsza od zewnętrznej różniczkowej sprawności kwantowej.
Idealna wewnętrzna sprawność kwantowa, czyli Ni, wynosi od 50 do 100 procent. Wartość ta jest również określana jako sprawność urządzenia. Należy zauważyć, że wartości te mogą się zmieniać w zależności od długości fali. Na przykład laser światłowodowy 1,9 mm o wysokiej sprawności kwantowej może osiągnąć 200%.
Inną miarą sprawności kwantowej jest responsywność, która mierzy ilość prądu na jednostkę mocy światła padającego. Normalnie fotodioda ma responsywność spektralną około 80 procent, natomiast fotopowielacz ma mniejszą wartość w zależności od regionu długości fali, w którym pracuje – ten cytat jest zasługą redakcji portalu qxc.pl.
Wewnętrzna sprawność kwantowa laserów diodowych w dużym stopniu zależy od struktury wnęki optycznej i prądu roboczego. Zazwyczaj wielomodowe diody laserowe wykazują wiele pików wokół centralnej długości fali. Gdy światło propaguje przez wnękę laserową, tworzy falę stojącą pomiędzy dwoma lustrzanymi fasetami, a odległość L pomiędzy lustrami określa okres oscylacji. W szczególności, stojąca fala optyczna będzie rezonować tylko wtedy, gdy długość wnęki L jest liczbą całkowitą m długości pół fali.
Sprawność pompowania
Sprawność pompowania określa różnica między mocą pompowania lasera a jego mocą wyjściową. Różnica ta zwiększa się z czasem w trybie pracy w stanie ustalonym i w trybie pojemności cieplnej. Różnica ta określa czas trwania każdego wybuchu. W niektórych przypadkach sprawność pompowania lasera diodowego wynosi aż 82,4%.
Wysoka sprawność pompowania: Lasery diodowe charakteryzują się wysoką sprawnością i niskim poborem mocy. Wymagają również mniejszych źródeł zasilania i mniejszych wymagań w zakresie chłodzenia niż większość innych typów laserów. Są również zdolne do bezpośredniego pompowania niektórych przejść. Ich wąskie pasmo przenoszenia pozwala im pompować określone przejścia z wysoką wydajnością. Jednak pomimo swojej sprawności, lasery diodowe dużej mocy znane są ze słabej jakości wiązki.
Sprawność pompowania: Sprawność pompowania laserów diodowych jest wyższa niż laserów półprzewodnikowych. Pojedyncza dioda może pompować kilka watów, podczas gdy kilka watów może być generowanych przez jedną diodę o szerokim polu działania. Pierwsza z nich jest idealna do pompowania laserów małej mocy i ma wąską jakość wiązki, natomiast druga nadaje się do pompowania laserów dużej mocy.
Sprawność pompowania: Sprawność pompowania lasera diodowego jest poprawiana przez sprawność pompowania włókna laserowego. Oprócz pompowania do włókna, światło z lasera diodowego jest sprzęgane ze światłowodem za pomocą sprzęgacza światłowodowego. Sprzęgacz ten musi być dokładny do kilku mikronów. Straty nie powinny być większe niż 0,2%.
Zastosowania
Zarówno VCSEL-y jak i lasery diodowe wykorzystują materiał półprzewodnikowy jako warstwę aktywną i emitują światło o stosunkowo wąskiej długości fali. Chociaż mają podobne właściwości optyczne, różnią się sposobem pokonywania ChZT. VCSELs wykorzystują pojedyncze zewnętrzne lustro, które jest połączone z regionem aktywnym półprzewodnika. Odległość między diodą a lustrem zewnętrznym wynosi zwykle około centymetra, a w laserze zastosowano lustro nieabsorbujące.
Jako najbardziej uniwersalne źródło światła, lasery diodowe są przydatne w wielu zastosowaniach optycznych. Te lasery diodowe mogą być dostosowane do potrzeb większości użytkowników. Tutaj omówimy niektóre z najczęstszych zastosowań laserów diodowych. Dowiesz się również o ich unikalnych właściwościach.
Diody o dużej mocy są używane w aplikacjach o dużej mocy, w tym w drukarkach laserowych, czytnikach kodów kreskowych, oświetlaczach i projektorach. Mogą być również wykorzystywane w broni o ukierunkowanej energii oraz w sortowaniu przemysłowym. Ponadto koherencja światła generowanego przez laser diodowy sprawia, że jest ono przydatne w interferometrii i komunikacji koherentnej.
Lasery diodowe posiadają również wąskie właściwości spektralne. Właściwości te czynią je użytecznymi w różnych zastosowaniach przemysłowych, takich jak telekomunikacja, środki zaradcze w podczerwieni i czujniki spektroskopowe. Mogą być również stosowane jako przełączniki światła w zautomatyzowanych procesach produkcyjnych.
Podobne tematy