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レーザーダイオードの基本的な動作原理

2021-07-14

レーザーダイオードについて話す前に、まず誘導放出を理解する必要があります。光放射には3つの放射プロセスがあります。

I:高エネルギー状態から低エネルギー状態への自発的な遷移は自然放出と呼ばれます。

II:誘導放出と呼ばれる、外光の励起下での高エネルギー状態から低エネルギー状態への粒子の遷移です。

III:それは、低エネルギー状態の粒子によって吸収された外光のエネルギーから高エネルギー状態への遷移であり、これは刺激吸収と呼ばれます。

自然放出:2つの粒子が特定の高エネルギー状態から低エネルギー状態に同時に遷移した場合でも、それらによって放出される光の位相、偏光状態、および放出方向は異なる場合がありますが、誘導放出は異なります。 。高エネルギー状態の粒子が外来光子によって励起されると、それらは低エネルギー状態に遷移し、周波数、位相、および偏光状態の点で外来光子とまったく同じ光を放出します。

レーザーでは、放射は誘導放射であり、それによって放出されるレーザーは、周波数、位相、偏光状態などがまったく同じです。

誘導放出システムには、誘導放射と誘導吸収の両方があります。誘導放出が支配的である場合にのみ、外光を増幅してレーザーを放出することができます。ただし、一般的な光源では、刺激された吸収が支配的です。粒子の平衡状態が崩れ、高エネルギー状態の粒子数が低エネルギー状態の粒子数よりも多い場合(この状況をイオン数反転と呼びます)にのみ、レーザーを照射することができます。

レーザーダイオードの原理と構造

レーザーダイオードの物理的構造は、発光ダイオードの接合部の間に光活性を持つ半導体の層を配置することです。研磨後、半導体の端面は部分反射機能を持ち、光共振空洞を形成します。

順方向バイアスの場合、LED接合部は光を放出し、光共振器と相互作用します。これにより、接合部から放出された単一波長の光がさらに励起されます。ライトの物理的特性は、材料に関連しています。

レーザーダイオードの原理-動作原理

結晶ダイオードは、p型半導体とn型半導体で形成されたp-n接合です。界面の両側に空間電荷層が形成され、自作のレーザーダイオード電界が構築されます。

印加電圧がない場合、p-n接合の両側のキャリア濃度差による拡散電流は、自作電界によるドリフト電流と等しくなり、電気平衡状態になります。

正の電圧バイアスがある場合、外部電界と自作電界は互いに抑制し、キャリア拡散電流を増加させ、正の電流をもたらします。

逆電圧バイアスがある場合、外部電界と自作電界はさらに強化されて、特定の範囲の逆電圧で逆バイアス電圧に依存しない逆飽和電流I0を形成する。

印加された逆電圧がある程度高い場合、pn接合の空間電荷層の電界強度が臨界値に達し、キャリアの増倍過程、多数の正孔対、および多数の逆電流が発生します。ダイオード破壊現象と呼ばれる破壊電流。

レーザーダイオードの原理-検出方法

I:抵抗測定方法:レーザーダイオードを取り外し、マルチメーターR×1KまたはR×を使用します。順方向および逆方向の抵抗値は、10Kギアで測定されます。通常の状態では、順方向抵抗は20〜40Kα、逆方向抵抗は∞(無限大)です。測定された順方向抵抗値が50Kαを超えると、レーザーダイオードの性能が低下します。測定された順方向抵抗が90Kαを超える場合、ダイオードは深刻に劣化しており、それ以上使用できません。

II:電流測定方法:マルチメータを使用して、レーザーダイオード駆動回路の負荷抵抗の両端の電圧降下を測定し、オームの法則に従ってチューブを流れる電流値を推定します。電流が100mAを超える場合、レーザーパワーポテンショメーターを調整し、電流に明らかな変化がなければ、レーザーダイオードの深刻な経年劣化を判断できます。電流が急激に増加して制御不能になると、レーザーダイオードの光共振器が損傷します。