레이저 다이오드는 본질적으로 반도체 다이오드이다. PN 접합 재료가 같은지 여부에 따라 레이저 다이오드는 동질접합, 단일 이질접합 (SH), 이중 이질접합 (DH) 및 양자 우물 (QW) 레이저 다이오드로 나눌 수 있습니다. 양자 레이저 다이오드는 임계값 전류가 낮고 출력 전력이 높다는 장점이 있어 현재 시장의 주류 제품이다. 레이저 다이오드는 레이저에 비해 효율이 높고, 부피가 작고, 수명이 길다는 장점이 있지만, 출력 전력이 작고 (일반적으로 2mW 미만), 선형성이 나쁘고, 단색성이 좋지 않아 케이블 TV 시스템에서의 응용을 크게 제한하고, 멀티플렉싱, 고성능 아날로그 신호를 전송할 수 없습니다. 양방향 광 수신기의 반환 모듈에서는 일반적으로 양자 우물 레이저 다이오드를 업스트림 전송의 광원으로 사용합니다.
반도체 레이저 다이오드의 기본 구조는 PN 접합 면에 수직인 평행 평면 쌍으로, 반도체 결정체의 해석면이나 광택면이 될 수 있는 파브리-퍼로 공진기를 형성합니다. 다른 두 면은 비교적 거칠어서 주 방향이 아닌 다른 방향의 레이저 작용을 제거합니다.
반도체의 광 방출은 보통 유류자 합성의 결과이다. 반도체의 PN 매듭에 DC 전압을 더하면 PN 접합 장벽이 약화되어 전자가 PN 매듭을 통해 N 구역에서 P 구역으로 주입되고, 공혈은 PN 매듭을 통해 P 구역에서 N 구역으로 주입된다. PN 매듭에 주입된 불균형 전자와 공혈은 복합되어 파장이 λ인 광자를 방출한다. 공식은 다음과 같습니다.
λ = hc/Eg (1)
그 중: h- 플랑크 상수; C--빛의 속도; 반도체의 밴드 갭 폭.
전자와 공혈의 자발적인 복합으로 발광하는 현상을 자발적인 방사선이라고 한다. 자발적으로 발사된 광자가 반도체를 통과할 때 발사된 전자-구멍 쌍 근처를 통과하면 두 광자가 복합적으로 새로운 광자를 생성하도록 자극할 수 있습니다. 이 광자는 자극 유류자 합성을 유도하여 자극 방사선이라고 하는 새로운 광자를 방출합니다. 주입 전류가 충분히 크면 열 균형 상태와 반대되는 캐리어 분포, 즉 입자 수가 반전됩니다. 활성층에서 대량의 유류자가 반전될 때, 자발적으로 발사된 소량의 광자는 공진기 양끝의 왕복 반사로 인해 유도 방사선을 발생시키고, 주파수 선택 공진에 대한 긍정적인 피드백을 생성하거나, 특정 주파수에서 이득을 얻는다. 게인이 흡수 손실보다 클 때, PN 매듭에서 좋은 스펙트럼 선이 있는 레이저를 방출할 수 있는데, 이것이 바로 레이저 다이오드의 간단한 원리이다.
공예와 기술이 발달하면서 현재 실제로 사용되고 있는 반도체 레이저 다이오드는 복잡한 다층 구조를 가지고 있다. 그림 2 는 일본 산양사의 빨간색 반도체 레이저 다이오드의 구조를 보여줍니다.
그림 3 은 저전력 레이저 튜브의 단면입니다. 그림에서 볼 수 있듯이 레이저 칩은 방열판에 부착되어 열을 방출하고, 핀 광전다이오드는 레이저 칩 아래 근처의 관석에 밀봉되어 있습니다.
그림 4 는 일반 레이저 다이오드의 모양을 보여줍니다. 그림에서 볼 수 있듯이 저전력 레이저 튜브에는 3 개의 핀이 있습니다. 튜브 안에는 레이저 튜브의 작동 전류를 모니터링하기 위해 광 다이오드도 캡슐화되어 있기 때문입니다.
반도체 레이저 다이오드의 일반적인 매개 변수는 다음과 같습니다.
(1) 파장: 레이저 튜브의 작동 파장입니다. 현재 광전 스위치에 사용되는 레이저 튜브 파장은 635nm, 650nm, 670nm, 690nm, 780nm, 8 10nm, 860nm, 980nm 등입니다.
(2) 임계 전류 Ith: 레이저 튜브가 레이저 진동을 일으키기 시작하는 전류입니다. 일반 저전력 레이저 튜브의 경우, 그 값은 수십 밀리암페어 정도이며, 변형 다중 양자 우물 구조 레이저 튜브의 임계 전류는 10mA 까지 낮아질 수 있습니다.
(3) 작동 전류 Iop: 레이저 파이프가 정격 출력 전력에 도달했을 때의 구동 전류는 레이저 구동 회로의 설계 및 디버깅에 매우 중요합니다.
(4) 수직 발산각 θ ⊜: 레이저 다이오드의 발광 밴드가 PN매듭 (일반적으로 15) 에 수직인 방향으로 열리는 각도? ~40? 정보.
(5) 수평 발산각 θ ∨: 레이저 다이오드 발광 밴드가 PN 접합에 평행한 방향으로 열리는 각도, 보통 6? ~ 10? 정보.
(6) 모니터링 전류 Im: 즉, 레이저 튜브 정격 출력 전력에서 핀 튜브를 통과하는 전류.