معرفی دیود لیزری و ساختار و اصول کاری آن - بخش سوم

سرویس آموزش و آزمون برق نیوز: 

بخش دوم مقاله را می‌توانید در معرفی دیود لیزری و ساختار و اصول کاری- بخش دوم مشاهده نمایید.

نمای کلی دیود لیزری

دیود‌های لیزر در همه زمینه‌های الکترونیک از تجهیزات خانگی گرفته تا کاربرد‌های تجاری و محیط‌های سخت صنعتی استفاده می‌شوند. در تمام این کاربردها، دیود‌های لیزری قادرند راه حلی مقرون به صرفه ارائه دهند، در حالی که مقاوم و قابل اعتماد هستند و عملکرد بالایی را ارائه می‌دهند.

پس زمینه دیود لیزر

نام لیزر از کلمه تقویت نور توسط انتشار تحریک شده تشعشع گرفته شده است. لیزر‌ها به دلیل پدیده‌ای به نام انتشار تحریک شده عمل می‌کنند که اولین بار توسط آلبرت اینشتین قبل از سال ۱۹۲۰ فرض شد. اگرچه تعدادی از رسانه‌ها از جمله گاز‌های مایع و جامدات آمورف را می‌توان برای لیزر استفاده کرد، اولین آن‌ها در دهه ۱۹۶۰ با استفاده از یاقوت ساخته شدند. در سال ۱۹۶۱ یک لیزر گازی هلیوم-نئون دنبال شد، اما تا سال ۱۹۷۰ بود که دیود‌های لیزر نیمه هادی برای کارکرد در دمای اتاق هایاشی ساخته شدند. این نشان‌دهنده گام نهایی در کار تحقیقاتی بود که توسط تعدادی از افراد و سازمان‌ها در طول سال‌ها انجام شده بود. به مطالعه عمیق خواص آرسنید گالیم، ماده‌ای که به عنوان پایه بسیاری از دیود‌های لیزر استفاده می‌شود، و کار زیادی روی خواص ساختار‌های دیود نیاز داشت.

نماد دیود لیزری

نماد دیود لیزری که برای نمودار‌های مدار استفاده می‌شود اغلب همان نمادی است که برای دیود‌های ساطع کننده نور استفاده می‌شود. این نماد مدار دیود لیزری از نماد اصلی دیود نیمه هادی با فلش‌هایی که تولید و تابش نور را نشان می‌دهد استفاده می‌کند.

هنگامی که در یک مدار استفاده می‌شود، اغلب به عنوان یک دیود لیزر نشان داده می‌شود تا آن‌ها را از سایر اشکال دیود ساطع کننده نور متمایز کند.

ویژگی‌های P-I دیود لیزری

نمودار زیر یک نمودار گرافیکی بین توان نوری خروجی در محور y و جریان ورودی به دیود لیزر در محور x است.

با افزایش جریان جریان به دیود لیزر، قدرت نوری نور خروجی به تدریج تا یک آستانه مشخص افزایش می‌یابد. تا این مرحله، بیشتر نور ساطع شده به دلیل انتشار خود به خود است. بالاتر از این جریان آستانه، روند انتشار تحریک شده افزایش می‌یابد. این باعث می‌شود که قدرت نور خروجی حتی برای افزایش‌های کوچکتر در جریان ورودی بسیار افزایش یابد. توان نوری خروجی نیز به دما بستگی دارد و با کاهش دما کاهش می‌یابد.

چگونه یک مدار درایور لیزر دیود بسازیم؟

دیود‌های لیزر به مدار‌های محرک پیچیده‌ای نیاز دارند که شامل حلقه‌های بازخورد با اندازه‌گیری توان نوری خروجی، دما، ولتاژ و جریان ورودی است. اما برای کنترل دیود لیزری که در کاربرد‌هایی استفاده می‌شود که دقت بالایی لازم نیست، می‌توان با استفاده از آی‌سی تنظیم‌کننده ولتاژ LM۳۱۷ یک مدار درایور دیود لیزری ساده ساخت. در زیر نمودار آن قابل مشاهده است.

LM۳۱۷ طوری پیکربندی شده است که به عنوان منبع جریان ثابت عمل کند. جریان خروجی به مقدار مقاومت بین Vout و Vadj LM۳۱۷ (Pin۲ و Pin۱) بستگی دارد؛ بنابراین تنظیم پتانسیومتر ۱۰۰R جریان خروجی را که به دیود لیزر وارد می‌شود، تغییر می‌دهد. از مقاومت ۱۰R برای جلوگیری از عبور جریان‌های بزرگ در زمانی که مقدار پتانسیومتر ۱۰۰R در صفر است، استفاده می‌شود. خازن ۴۷uF برای جذب هرگونه افزایش ولتاژ باتری استفاده می‌شود.

فناوری لیزر دیود دارای چندین مزیت است:

قابلیت قدرت: دیود‌های لیزری قادر به ارائه سطوح توان از چند میلی وات تا چند صد وات هستند.

راندمان: سطوح کارایی دیود لیزری می‌تواند از ۳۰ درصد فراتر رود و دیود‌های لیزری را به روشی بسیار کارآمد برای تولید نور منسجم تبدیل می‌کند.

نور منسجم: ماهیت لیزر این است که نور منسجم تولید می‌کند. برای کاربرد‌های ذخیره‌سازی نوری با چگالی بالا، می‌توان آن را روی نقطه‌ای با پراش محدود متمرکز کرد.

ساختار مستحکم: دیود‌های لیزری کاملاً حالت جامد هستند و به عناصر شیشه‌ای شکننده یا روش‌های تنظیم حیاتی نیاز ندارند. بر این اساس، آن‌ها قادر به فعالیت در شرایط سخت هستند.

فشرده: دیود‌های لیزری می‌توانند بسیار کوچک باشند و به فناوری دیود لیزری اجازه می‌دهند راه حل بسیار فشرده‌ای ارائه دهند.
تنوع طول موج: فناوری لیزر دیود با استفاده از آخرین تکنولوژی و مواد متنوع قادر به تولید نور در طیف وسیعی است. استفاده از نور آبی با طول موج کوتاه امکان فوکوس دقیق‌تر تصویر را برای ذخیره سازی چگالی بالاتر فراهم می‌کند.

مدولاسیون: مدولاسیون یک دیود لیزری آسان است و این باعث می‌شود فناوری دیود لیزر برای بسیاری از برنامه‌های ارتباطی با سرعت داده بالا ایده آل باشد. مدولاسیون با تعدیل مستقیم جریان درایو به دیود لیزر به دست می‌آید. این امر امکان دستیابی به فرکانس‌های تا چندین گیگاهرتز را برای برنامه‌هایی مانند ارتباطات داده با سرعت بالا فراهم می‌کند.