Lazer Diyot Nedir ?
Lazer diyotlar, elektrik akımı geçtiğinde gözle görülebilen veya kızılötesi spektrum (Kızılötesi/IR) şeklinde görülebilen tutarlı radyasyon üretebilen yarı iletken bileşenlerdir.
Tutarlı radyasyon, tüm dalgaların aynı kaynaktan geldiği ve aynı frekansta ve fazda olduğu radyasyon anlamına gelir. LASER kelimesi, uyarılmış emisyon yoluyla elektromanyetik radyasyon yayan bir cihazın mekanizmasını ifade eden “Işınım Uyarılmış Emisyonuyla Işık Yükseltme”nin kısaltmasıdır. Elektromanyetik radyasyonun bir kısmı normal gözle görülebilir , bir kısmı ise görülemez. GaAs lazer diyotundan üretilen görünür dalga boyu, ilk olarak 1962 yılında General Electric’te çalışan bilim insanı Nick Holonyak Jr. tarafından tanıtılmıştır. Temel olarak, lazer diyot, lazer ışığı üretebilen cihaz veya teknolojilerden sadece biridir. Lazer ışığı üretebilen diğer cihaz veya teknolojiler arasında katı hal lazeri, gaz lazeri, eksimer lazer ve boya lazeri bulunur.
Lazer Diyot Nasıl Çalışır?
Lazer diyotların özel yapısı, çalışma prensipleri açısından kilit önem taşır. Lazer diyotların merkezinde, n-tipi ve p-tipi yarı iletken malzemelerden oluşan iki katman arasında kalan bir boşluk olan pn eklemi bulunur. Bunun varlığı, elektrik akımının yalnızca tek yönde akabileceği anlamına gelir (yani ileri yönlü polarize olur).
Tipik olarak bu malzemeler, alüminyum, silisyum, selenyum veya indiyum ile katkılanmış galyum arsenittir. P tipi katman daha fazla negatif yüklü parçacık içerirken, n tipi bölüm elektronlarla doludur.
Bu katmanların sonunda yansıtıcı yüzeyler bulunur; bunlardan biri tamamen yansıtıcı, diğeri ise kısmen yansıtıcıdır.
Bu, lazer diyotuna elektrik akımı verildiğinde aşağıdaki sürecin gerçekleştiği anlamına gelir:
- Serbest elektronlar n-tipi katmandan p-tipi katmana doğru hareket eder.
- Bu elektronların bazıları negatif yüklü parçacıklarla birleşerek onları uyarır.
- Bu uyarım, enerji seviyelerinin artmasına ve fotonların (ışık enerjisi) salınmasına neden olur.
- Bu fotonlar da sırayla daha fazla elektronla birleşerek daha büyük bir uyarılmaya ve daha fazla foton üretimine neden olur.
- Bu ışık enerjisi iki yansıtıcı katman arasında sekerek lazer diyottan güçlü bir ışık demetinin yayılmasına neden olur.
Lazer diyot Senbolü
Lazer diyotların geleneksel lazerlere kıyasla avantajları
Lazer diyotların diğer geleneksel lazer üretim teknolojilerine kıyasla bazı avantajları şunlardır:
Daha Küçük ve Daha Hafif : Lazer diyotlar küçüktür; bazı türleri 1 mm’den daha küçük ve 1 gramdan daha hafiftir. Bu da onları küçük veya taşınabilir elektronik cihazlarda kullanım için ideal hale getirir.
Düşük Akım, Voltaj ve Güç Gereksinimi : Çoğu lazer diyot, yaklaşık 3 ila 12 volt DC voltajla yalnızca birkaç milivat güç gerektirir. Bu nedenle, lazer diyotlar pil gücüyle çalışabilir.
Düşük yoğunluk : Lazer diyotlar, diğer lazer cihazlarına kıyasla çok düşük yoğunluğa sahiptir. Bununla birlikte, lazer diyotlar, iletişim ve kontrol uygulamaları için yüksek tutarlı çıkış verimliliğine ve modülasyon kolaylığına sahiptir. Lazer diyotların kağıt kesmek veya çelikte delik açmak için kullanılamayacağı, bu nedenle tüketici veya ev cihazlarında kullanım için nispeten güvenli oldukları unutulmamalıdır. Nispeten güvenli olmalarına rağmen, gözün hassas bölgelerine, özellikle de retina zarına zarar verme riski nedeniyle bu cihazlardan yayılan lazer ışınına doğrudan bakılmaması önerilir.
Geniş Açılı Işın : Dışbükey bir mercek kullanılarak daha kolay değiştirilebilen, daha geniş, koni şeklinde bir ışın. Bu, düz ve genişliğinin değiştirilmesi zor olan geleneksel lazerlerden biraz farklıdır.
Lazer Diyot Uygulamaları
Lazer diyotlar günlük hayatta kullanılan cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Lazer diyot kullanan bazı cihazlar şunlardır:
- CD/VCD/DVD/Blu-ray Oynatıcı
- Oyun Konsolu
- Lazer İşaretleyici
- Barkod Okuyucu
- Fiber Optik Sistem
- Lazer Yazıcı
- Mesafe Ölçme Aleti
- Uzaktan kumanda
- ve benzeri.
Lazer Diyot Çeşitleri ve Çalışma Prensipleri
Temelde, lazer diyot, elektrik enerjisini ışık enerjisine dönüştürebilmesi bakımından LED lambayla neredeyse aynıdır, ancak lazer diyot daha yüksek yoğunlukta bir ışık demeti üretebilir. İşte bir lazer diyotun yapısı:
Çalışma prensiplerine göre lazer diyotlar, Enjeksiyon Lazer Diyot (ILD) ve Optik Olarak Pompalanan Yarı İletken Lazer olmak üzere iki tipe ayrılabilir.
Enjeksiyon Lazer Diyot (ILD)
Enjeksiyon lazer diyotunun çalışma prensibi, ışık yayan diyotun (LED) çalışma prensibine birçok açıdan benzerlik gösterir. Her ikisi de neredeyse aynı süreçler ve teknolojiler kullanılarak üretilir. Lazer diyot ile LED arasındaki temel fark, yansıtıcı ucu olan uzun, dar bir kanalın varlığıdır. Bu kanal, genellikle dalga kılavuzu olarak adlandırılan ışık dalgaları için bir kılavuz görevi görür.
Çalışma sırasında, bir PN ekleminden akım geçer ve Işık Yayan Diyot (LED)’e benzer şekilde ışık üretir. Foton emisyonu, PN eklemindeki elektron ve deliklerin rekombinasyonundan kaynaklanır. Bununla birlikte, ışık lazer diyotunun kendi dalga kılavuzu içinde hapsolmuştur. Bu dalga kılavuzunda, lazer ışığı yansıtılır ve ardından yükseltilerek, yayılmadan önce uyarılmış emisyon üretilir.
Optik Olarak Pompalanan Yarı İletken Lazerler
Optik Pompalı Yarı İletken Lazerler (OPSL’ler), temel olarak bir III-V yarı iletken çip kullanır. Bu yarı iletken çip, optik yükseltici görevi görür. İçindeki lazer diyot ise pompa kaynağı olarak görev yapar. Optik Pompalı Yarı İletken Lazerler, özellikle dalga boyu seçimi ve iç elektrot yapılarından kaynaklanan girişimlerin azaltılması açısından çeşitli avantajlar sunar.
Dalga boylarına Göre Lazer Diyot Çeşitleri
pn ekleminin her iki ucundaki yansıtıcı katmanlar, salınan foton sayısının, salınan ve uyarılmış elektron sayısıyla doğru orantılı olduğu anlamına gelir; elektrik akımı diyottan tek yönde akar. Üretilen her fotonun enerji seviyesi de aynıdır.
Bu, lazer diyot tarafından üretilen ışığın dalga boyunun tutarlı (koherent) olduğu anlamına gelir. Dolayısıyla, lazer diyot tarafından oluşturulan ışığın rengi, dalga boyuyla doğrudan ilişkilidir. Bu, nanometre (nm) cinsinden ölçülür.
Kırmızı Lazer Diyot
Kırmızı lazer diyotlar 660 nm dalga boyunda ışık üretir. Bunlar genellikle seviyeleme cihazlarında veya el tipi işaretleyicilerde kullanılır.
Mavi Lazer Diyot
Mavi lazer diyotlar 500 nm dalga boyunda ışık üretir. Bu ışık, belirli malzemeler tarafından kolayca emilebilir, bu da onları belirli kaynak cihazları ve eklemeli üretim araçları için uygun hale getirir.
Yeşil Lazer Diyot
Yeşil lazer diyotlar 550 nm dalga boyunda ışık üretir. Bu da onları yazıcılar, ölçüm aletleri ve film projektörleri için en uygun hale getirir.