Təbii ağ işıq görünən işıq spektrinin bütün rənglərindən ibarətdir ki, bu da çoxlu müxtəlif tezliklərin geniş diapazonudur. Adi LED-lər çox vaxt bir rəngdən ibarət işıq çıxışı verir, lakin bu işıqda kifayət qədər geniş tezlik diapazonunu əhatə edən elektromaqnit dalğaları vardır. İşığa fokuslanan linza sistemi sabit bir fokus uzunluğuna malikdir, lakin işığın müxtəlif dalğa uzunluqlarına və ya rənglərinə fokuslanmaq üçün lazım olan fokus uzunluğu fərqlidir. Buna görə də, hər bir rəng fərqli nöqtələrə fokuslanaraq “xromatik aberasiya”- ya səbəb olacaqdır. Lazer diod işığı yalnız bir tezlikdən ibarətdir. Buna görə də, hətta sadə bir linza sistemi ilə çox kiçik bir nöqtəyə fokuslanmaq mümkündür. Yalnız bir dalğa uzunluğu mövcud olduğu üçün heç bir xromatik aberasiya yoxdur, həmçinin işıq mənbəyindən gələn bütün enerji çox kiçik bir işıq nöqtəsində cəmləşmişdir. LAZER, Stimullaşdırılmış Radiasiya Emissiyası ilə İşığın Gücləndirilməsinin sözlərinin qısaltmasından meydana gəlmişdir.
Lazer diodunun konstruksiyası:
Yuxarıdakı rəqəm, işıq dioduna (LED) bənzəyən lazer diodunun sadələşdirilmiş quruluşunu göstərir. P-tipli və N-tipli yarımkeçirici materialları istehsal etmək üçün selenium, alüminium və ya silikon kimi elementlərlə aşqarlanmış qalium arsenidindən istifadə edir. Lazer diodunun əlavə aktiv qatı olmayan (daxili) qallium arsenidin qalınlığı cəmi bir neçə nanometr olan, P və N təbəqələri arasında sıxışdırılıb, effektiv şəkildə PIN diodunu (P tipi-Intrinsic-N növü) yaradır. Məhz bu təbəqədə lazer işığı əmələ gəlir.
Lazer diodu necə işləyir?
Kvant nəzəriyyəsinə görə hər bir atom yalnız müəyyən diskret enerji səviyyəsində bir enerjiyə malik ola bilər. Normalda atomlar ən aşağı enerji vəziyyətində və ya əsas vəziyyətdədirlər. Atomlara bir enerji qaynağı verildikdə, zəmin vəziyyətində daha yüksək səviyyələrdən birinə qlxmaq üçün həyəcanlana bilərlər. Bu proses absorbsiya adlanır. Bu səviyyədə çox qısa müddət qaldıqdan sonra atom öz ilkin əsas vəziyyətinə qayıdır və prosesdə bir foton buraxır. Bu proses kortəbii emissiya adlanır. Bu iki proses, udma və təbii emissiya adi işıq mənbəyində baş verir.
Həyəcanlı vəziyyətdə olan atom, təbii emissiya üçün lazım olan enerjiyə malik olan xarici bir fotonla vurularsa, xarici foton həyəcanlanan atomun verdiyi foton qədər artır. Eyni fazada eyni həyəcanlı vəziyyət, stimullaşdırılmış emissiya adlanan bu proses lazerin fəaliyyəti üçün əsasdır (yuxarıdakı şəkildə görə bilərsiniz). Bu prosesdə əsas olan, yayılacaq işığın dalğa uzunluğu ilə eyni dalğa uzunluğuna malik fotonun olmasıdır. Hələlik vəziyyətdə atom, təbii emissiya üçün lazım olan enerjiyə malik olan xarici bir foton vurularsa, xarici foton istifadə edilən atomun verdiyi foton artacaqdır. Eyni fazada eyni şəraitli vəziyyətdə, stimullaşdırılmış emissiya adlanan bu prosesin fəaliyyəti üçün əsasdır (yuxarıdakı şəkildə göstərilmişdir). Bu prosesdə əsas olan, yayılacaq işığın dalğa uzunluğu ilə eyni dalğa uzunluğuna malik fotonun olmasıdır.
Amplifikasiya və inversiya:
Stimullaşdırılmış emissiya üçün əlverişli şərait yaradıldıqda, getdikcə daha çox atom fotonları buraxmağa məcbur olur və bununla da zəncirvari reaksiyaya başlayır. Böyük miqdarda enerji buraxılmağa başlanılır. Bu, müəyyən bir dalğa uzunluğunu (monoxromatik işıq) yayan və müəyyən, sabit bir istiqamətdə əlaqəli şəkildə hərəkət edən enerjinin sürətli yığılması ilə nəticələnir. Bu proses stimullaşdırılmış emissiya ilə gücləndirmə adlanır. Müəyyən bir zamanda istənilən səviyyədə atomların sayı həmin səviyyənin sakinləri adlanır. Normalda, material xaricdən həyəcanlanmadıqda, aşağı səviyyənin və ya yer vəziyyətinin sakinləri yuxarı səviyyədən daha çoxdur. Yuxarı səviyyənin sakinləri aşağı səviyyənin sakinlərini aşdıqda, bu, normal doluluğun əksi deməkdir və bu prosesə sakinlərin inversiyası deyilir. Üst enerji səviyyəsinin və ya qarşılanan sabit vəziyyətin uzun ömür sürməsi lazımdır, yəni atomlar aşağı səviyyədə olduğundan daha çox sabit vəziyyətdə dayanmalıdırlar. Beləliklə, lazerin hərəkəti üçün nasos mexanizmi (xarici mənbə ilə həyəcan verici) elə olmalıdır ki, aşağı səviyyədəki ilə müqayisədə yuxarı enerji səviyyəsində atomların daha çox sakinlərini saxlasın.
Lazer dioduna nəzarət:
Lazer diodu daha yüksək cərəyanla işləyir, adətən normal LED-dən təxminən 10 dəfə çoxdur. Aşağıdakı şəkildə adi LED və lazer diodunun işıq çıxışının qrafiki müqayisə edilir. LED-də diod cərəyanı artdıqca işıq çıxışı davamlı olaraq artır. Lazer diodunda, stimullaşdırılmış emissiya meydana gəlməyə başlayanda cari səviyyə dalğa səviyyəsinə çatana qədər lazer işığı istehsal olunmur. Dalğa cərəyanı normal olaraq cihazın əvvəl keçəcəyi maksimum cərəyanın 80% -dən çoxdur! Bu səbəbdən lazer diodundan keçən cərəyan diqqətlə tənzimlənməlidir.
Digər problem ondan ibarətdir ki, fotonların emissiyası temperaturdan çox asılıdır. Diod artıq öz limitinə yaxın işlədilir və buna görə də qızmağa başlayır. Yayılan işığın (fotonların) miqdarını diod cərəyanını dəyişir. Lazer diodunun səmərəli işləməsi zamanı o, təhlükənin astanasında çalışır! Əgər cərəyan azalırsa və dalğa cərəyanından aşağı düşərsə, stimullaşdırılmış emissiya dayanır. Aktiv təbəqə salınan fotonlarla doldurulduğu üçün işığın bir hissəsi (adətən təxminən 60%) diod çipinin kənarından dar, düz şüa şəklində çıxır. Aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi, bəzi qalıq işıq da əks kənardan qaçır və işığı yenidən elektrik cərəyanına çevirən bir fotodiodu aktivləşdirmək üçün istifadə olunur. Bu cərəyan lazer diodunda aktivliyi ölçmək üçün avtomatik diod sürücüsü dövrəsinə əks əlaqə kimi istifadə olunur və beləliklə, lazer diodundan keçən cərəyana nəzarət etməklə cərəyan və işıq çıxışının sabit və təhlükəsiz səviyyədə qalmasına zəmin yaradılır.
Lazer diodunun tətbiqi:
Lazer diod modulları həyat elmi, sənaye və ya elmi cihazlar kimi tətbiqlər üçün idealdır. Lazer diod modulları müxtəlif dalğa uzunluqlarında, çıxış güclərində və ya şüa formalarında mövcuddur. Aşağı güclü lazerlər CD və DVD pleyerlər və səs yazıcıları, ştrix kod oxuyucuları, təhlükəsizlik sistemləri, optik rabitə və cərrahi alətlər daxil olmaqla getdikcə daha çox tanış tətbiqlərdə istifadə olunur.
Sənaye tətbiqləri:
Oyma, kəsmə, cızma, qazma, qaynaq və s. kimi istifadə edilir. Tibbi tətbiqlər arzuolunmaz toxumaları aradan qaldırır, floresandan istifadə edərək xərçəng hüceyrələrinin diaqnostikası, diş dərmanları və s. qeyd etmək olar. Ümumiyyətlə, lazerdən istifadə edilən nəticələr cərrahi bıçaqdan istifadə edilən nəticələrdən daha yaxşıdır.
Telekommunikasiya üçün istifadə olunan lazer diodları:
Telekommunikasiya sahəsində silisium lifli lazerlər üçün əsas işıq mənbəyi kimi istifadə edilən 1,3 μm və 1,55 μm diapazonlu lazer diodları bantda daha az ötürmə itkisinə malikdir. Müxtəlif zolaqlı lazer diodu, optik gücləndirmə və ya qısa məsafəli optik əlaqə üçün mənbənin nəqli üçün istifadə olunur.
Comentarios