LD는 일명 레이저다이오드(Laser Diode)로 반도체 레이저에서 펌핑 역할을 한다. 동시에 레이저광을 방출하는 레이저이기도 하다.
2. 레이저 다이오드는 본질적으로 반도체 다이오드이다. PN 접합 재료가 동일한지에 따라 레이저 다이오드는 호모접합, 싱글 헤테로접합(SH), 더블 헤테로접합(DH)으로 나눌 수 있다. 및 양자우물(QW) 레이저 다이오드. 양자우물 레이저 다이오드는 낮은 임계 전류와 높은 출력 전력이라는 장점을 갖고 있으며 현재 시장의 주류 제품이다. 레이저에 비해 레이저 다이오드는 효율이 높고 크기가 작으며 수명이 긴 장점이 있지만 출력이 작고(일반적으로 2mW 미만) 선형성이 좋지 않으며 단색성이 좋지 않아 케이블에 적용하는 데 제한이 있습니다. TV 시스템은 매우 제한적이며 다중 채널, 고성능 아날로그 신호를 전송할 수 없습니다. 양방향 광수신기의 백홀 모듈에서는 일반적으로 업링크 전송을 위한 광원으로 양자우물 레이저 다이오드가 사용된다.
반도체 레이저 다이오드의 기본 구조는 그림과 같습니다. PN 접합에 수직인 한 쌍의 평행 평면은 Fabry-Perot 공진 공동을 구성합니다. 이는 반도체 결정의 벽개 평면이 될 수 있습니다. , 또는 광택이 나는 평평한 표면일 수 있습니다. 나머지 양면은 주 방향을 제외한 다른 방향의 레이저 효과를 제거하기 위해 상대적으로 거칠습니다.
반도체의 빛 방출은 일반적으로 캐리어의 재결합으로 인해 발생합니다. 반도체의 PN 접합에 순방향 전압을 가하면 PN 접합 장벽이 약해져서 N 영역에서 PN 접합을 거쳐 P 영역으로 전자가 주입되고, P 영역에서 PN 접합을 거쳐 정공이 주입되게 됩니다. N 영역으로 평형 전자와 정공이 재결합하여 파장이 λ인 광자를 방출합니다. 공식은 다음과 같습니다.
λ = hc/Eg (1)
여기서: h - 플랑크 상수, c - 빛의 속도, 예 - 반도체의 밴드갭 폭.
위에서 언급한 전자와 정공의 자발적 재결합으로 인해 빛이 방출되는 현상을 자연방출이라고 합니다. 자연 방출에 의해 생성된 광자가 반도체를 통과할 때 방출된 전자-정공 쌍 근처를 통과하면 여기되어 새로운 광자를 생성할 수 있습니다. 이 광자는 여기된 캐리어가 재결합하여 새로운 광자를 방출하도록 유도합니다. 방사선의 유도 방출. 주입된 전류가 충분히 크면 열평형 상태와 반대되는 캐리어 분포가 형성됩니다. 즉, 입자 수가 반전됩니다. 활성층의 많은 수의 캐리어가 반전되면 자연 방출에 의해 생성된 소량의 광자가 공진 공동의 양쪽 끝에서 상호 반사로 인해 유도 방사선을 생성하여 주파수 선택 공진의 양의 피드백을 일으키거나 에서 이득을 얻습니다. 특정 주파수. 이득이 흡수 손실보다 크면 좋은 스펙트럼 선을 가진 간섭성 빛(레이저)이 PN 접합에서 방출될 수 있습니다. 이것이 레이저 다이오드의 간단한 원리입니다.
현재 사용되고 있는 반도체 레이저 다이오드는 기술과 기술의 발전으로 인해 복잡한 다층 구조를 갖게 되었다.
일반적으로 사용되는 레이저 다이오드에는 두 가지가 있습니다. ① PIN 포토다이오드. 광전력을 받아 광전류를 생성하면 양자 잡음이 발생한다. ②Avalanche 포토다이오드. 내부 증폭 기능을 제공하고 PIN 포토다이오드보다 전송 거리가 길지만 양자 잡음이 더 큽니다. 좋은 신호 대 잡음비를 얻으려면 광검출 장치 뒤에 저잡음 전치 증폭기와 메인 증폭기를 연결해야 합니다.
반도체 레이저 다이오드의 작동 원리는 이론적으로 가스 레이저와 동일합니다.
레이저 다이오드는 본질적으로 반도체 다이오드이며, PN 접합 재료가 동일한지 여부에 따라 레이저 다이오드는 호모접합, 단일 헤테로접합(SH), 이중 헤테로접합(DH) 및 양자우물( QW) 레이저 다이오드. 양자우물 레이저 다이오드는 낮은 임계 전류와 높은 출력 전력이라는 장점을 갖고 있으며 현재 시장의 주류 제품이다. 레이저에 비해 레이저 다이오드는 효율이 높고 크기가 작으며 수명이 긴 장점이 있지만 출력이 작고(일반적으로 2mW 미만) 선형성이 좋지 않으며 단색성이 좋지 않아 케이블에 적용하는 데 제한이 있습니다. TV 시스템은 매우 제한적이므로 다중 채널, 고성능 아날로그 신호를 전송할 수 없습니다. 양방향 광수신기의 백홀 모듈에서는 일반적으로 업링크 전송을 위한 광원으로 양자우물 레이저 다이오드가 사용된다.
반도체 레이저 다이오드의 일반적으로 사용되는 매개 변수는 다음과 같습니다.
(1) 파장: 즉, 레이저 튜브의 작동 파장 현재 사용할 수 있는 레이저 튜브의 파장입니다. 광전 스위치의 경우 635nm, 650nm, 670nm, 690nm, 780nm, 810nm, 860nm, 980nm 등이 포함됩니다.
(2) 임계 전류 Ith: 즉, 레이저 튜브가 레이저 진동을 생성하기 시작하는 전류입니다. 일반적인 저전력 레이저 튜브의 경우 그 값은 변형된 멀티 레이저의 경우 약 수십 밀리암페어입니다. -양자 우물 구조 튜브 임계 전류는 10mA 미만으로 낮을 수 있습니다.
(3) 작동 전류 Iop: 즉, 레이저 튜브가 정격 출력 전력에 도달할 때의 구동 전류입니다. 이 값은 레이저 구동 회로를 설계하고 디버깅하는 데 중요합니다.
(4) 수직 발산각 θ⊥: 레이저 다이오드의 발광 스트립이 PN 접합의 수직 방향으로 열리는 각도, 일반적으로 약 15°~40°입니다.
(5) 수평 발산각 θ′: 레이저 다이오드의 발광대가 PN 접합과 평행한 방향으로 열리는 각도, 일반적으로 약 6°~10°입니다.
(6) 모니터링 전류 Im: 즉, 레이저 튜브가 정격 출력일 때 PIN 튜브를 통해 흐르는 전류입니다.
레이저 다이오드는 컴퓨터의 광디스크 드라이브, 레이저 프린터의 프린트 헤드, 바코드 스캐너, 레이저 거리 측정, 레이저 의료, 광통신, 레이저 포인팅 등과 같은 저전력 광전자 장비에 널리 사용됩니다. .