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Laserdiodentypen

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Es gibt verschiedene Arten von Laserdioden. Jeder Laserdiodentyp hat seine eigenen Eigenschaften und wird für verschiedene Anwendungen verwendet.

Es gibt zwei Hauptkategorien von Laserdioden, die verwendet werden können - eine erzeugt die Lichtemission selbst, während die andere eine externe Quelle verwendet.


Hauptkategorien der Laserdioden

Es gibt zwei Hauptkategorien von Halbleiterlaserdioden. Sie arbeiten auf ganz unterschiedliche Weise, obwohl viele der in ihnen verwendeten Konzepte sehr ähnlich sind.

  • Injektionslaserdiode: Die Injektionslaserdiode ILD hat viele Faktoren gemeinsam mit Leuchtdioden. Sie werden nach sehr ähnlichen Verfahren hergestellt. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Laserdioden mit einem langen, schmalen Kanal mit reflektierenden Enden hergestellt werden. Dies wirkt als Wellenleiter für das Licht.

    Im Betrieb fließt Strom durch den PN-Übergang und Licht wird unter Verwendung des gleichen Prozesses erzeugt, der Licht in einer Leuchtdiode erzeugt. Das Licht ist jedoch in dem in der Diode selbst gebildeten Wellenleiter eingeschlossen. Hier wird das Licht als Ergebnis einer stimulierten Emission reflektiert und dann verstärkt, bevor es durch ein Ende der Laserdiode als externer Strahl austritt.

  • Optisch gepumpter Halbleiterlaser: OPSL, ein optisch gepumpter Halbleiterlaser, verwendet einen III-V-Halbleiterchip als Basis. Dies wirkt als optisches Verstärkungsmedium, und ein anderer Laser, der eine ILD sein kann, wird als Pumpquelle verwendet. Die optische Verstärkung wird durch stimulierte Emission bereitgestellt. Der OPSL-Ansatz bietet mehrere Vorteile, insbesondere bei der Wellenlängenauswahl und der fehlenden Interferenz durch interne Elektrodenstrukturen.

Hauptlaserdiodentypen

Einige der Haupttypen von Laserdioden umfassen die folgenden Typen:

  • Laserdiode mit doppelter Heterostruktur: Die Laserdiode mit doppeltem Heteroübergang besteht aus einem Sandwich einer Schicht aus einem Material mit geringer Bandlücke mit einer Schicht auf beiden Seiten der Schichten mit hoher Bandlücke. Dies macht die beiden Heteroübergänge, da die Materialien selbst unterschiedlich sind und nicht nur dasselbe Material mit unterschiedlichen Dotierungsarten. Übliche Materialien für die Laserdiode mit doppeltem Heteroübergang sind Galliumarsenid, GaAs und Aluminiumgalliumarsenid, AlGaAs.

    Der Vorteil der Doppelheteroübergangslaserdiode gegenüber anderen Typen besteht darin, dass die Löcher und Elektronen auf die dünne Mittelschicht beschränkt sind, die als aktiver Bereich fungiert. Indem die Elektronen und Löcher in diesem Bereich effektiver eingeschlossen werden, stehen mehr Elektron-Loch-Paare für den optischen Laserverstärkungsprozess zur Verfügung. Zusätzlich hilft die Materialänderung am Heteroübergang, das Licht innerhalb des aktiven Bereichs einzudämmen, was zusätzlichen Nutzen bringt.

  • Quantentopf-Laserdiode: Die Quantentopf-Laserdiode verwendet eine sehr dünne Mittelschicht - diese fungiert als Quantentopf, in dem die vertikale Komponente der Elektronenwellenfunktion quantisiert wird. Da der Quantentopf eine abrupte Kante aufweist, konzentriert er Elektronen in Energiezuständen, die zur Laserwirkung beitragen, und dies erhöht die Effizienz des Systems.

    Zusätzlich zu den einzelnen Quantentopf-Laserdioden existieren auch mehrere Quantentopf-Laserdioden. Das Vorhandensein mehrerer Quantentöpfe verbessert die Überlappung zwischen dem Verstärkungsbereich und dem optischen Wellenleitermodus.

  • Quantenkaskadenlaserdiode: Dies ist eine Form einer Heteroübergangslaserdiode, bei der die Differenz zwischen den Bohrlochenergieniveaus verwendet wird, um die Laserlichterzeugung bereitzustellen. Dadurch kann die Laserdiode relativ langwelliges Licht erzeugen - die tatsächliche Wellenlänge kann während der Herstellung durch Ändern der Schichtdicke der Laserdiode eingestellt werden.
  • Separate Confinement-Heterostruktur-Laserdiode: Diese Form der Laserdiode ist seit den 1990er Jahren für die meisten Laserdioden weit verbreitet. Die separate Begrenzungslaserdiode überwindet das Problem, dass bei vielen anderen Formen von Laserdioden die dünne Laserschicht zu dünn ist, um das Licht effektiv einzuschränken. Diese Laserdiode überwindet das Problem, indem zwei weitere Schichten mit einem niedrigeren Brechungsindex an der Außenseite der vorhandenen Schichten hinzugefügt werden. Dies begrenzt das Licht effektiv auf die Diode.
  • Laserdiode mit verteilter Rückkopplung: Verteilte Rückkopplungslaserdioden, DFB, werden in Formen der Telekommunikation oder Datenübertragung unter Verwendung optischer Systeme verwendet. Hier ist die Wellenlänge der Laserdiode wichtig, aber Laserdioden sind in dieser Hinsicht nicht besonders stabil, wenn die Wellenlänge mit Temperatur, Spannung, Alterung usw. variiert. Ein Beugungsgitter wird nahe dem pn-Übergang der Diode geätzt, um die Stabilisierung der Wellenlänge zu unterstützen Dieses Gitter wirkt wie ein optisches Filter, wodurch eine einzelne Wellenlänge in den Verstärkungsbereich zurückgeführt wird. Die Steigung des Gitters wird während der Herstellung eingestellt und variiert nur geringfügig mit der Temperatur.
  • VCSEL: Diese Form der Laserdiode ist eine oberflächenemittierende Laserdiode mit vertikalem Hohlraum. Dies ist eine Form eines oberflächenemittierenden Lasers, der die Laserstrahlung in einer Richtung senkrecht zum Wafer emittiert und einige Milliwatt mit hoher Strahlqualität liefert.
  • Laserdiode mit externem Hohlraum: Externe Hohlraumlaser enthalten eine Laserdiode als Verstärkungsmedium nur eines längeren Laserresonators. Diese Laser sind häufig wellenlängenabstimmbar und weisen eine geringe spektrale Emissionslinienbreite auf.
  • VECSEL: Der VECSEL ist eine oberflächenemittierende Laserdiode mit vertikalem Außenhohlraum. Hierbei handelt es sich um eine Form eines optisch gepumpten oberflächenemittierenden Halbleiterlasers mit externem Hohlraum, der selbst im modengekoppelten Betrieb Mehrwatt-Ausgangsleistungen mit ausgezeichneter Strahlqualität erzeugen kann.

Es gibt viele Laserdiodentypen. Jeder Laserdiodentyp hat seine eigenen Merkmale. Durch Auswahl des richtigen Laserdiodentyps für die jeweilige Anwendung kann die richtige Leistung erzielt werden.


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