Sprawność lasera diodowego może być mierzona na kilka sposobów, w tym sprawność elektryczno-optyczna (EEO). Może ona wynosić od 50% do 80%, a nawet więcej w obniżonych temperaturach. Czynnikami ograniczającymi są opór elektryczny, wyciek nośników oraz rozpraszanie lub absorpcja. Najwyższą sprawność osiągają diody, których długość fali mieści się w przedziale 940 – 980 nm. Ich skuteczność jest mniejsza przy długości fali 808 nm.
Wewnętrzna sprawność kwantowa
Wewnętrzna sprawność kwantowa (IQE) lasera diodowego to jego zdolność do wytwarzania światła o określonej długości fali. Ta właściwość jest wprost proporcjonalna do temperatury pracy. Jest ona przydatna w zastosowaniach spektroskopowych i może być dostrojona do konkretnych właściwości materiału. Ta cecha sprawia, że lasery diodowe są przydatne we wzmacniaczach światłowodów domieszkowanych erbem.
Wewnętrzna sprawność kwantowa lasera diodowego może być określona poprzez pomiar ilości prądu, który płynie w temperaturze progowej. Stosując metodę rozdzielania poziomów quasi-Fermiego oblicza się wielkość składowych prądu. Wewnętrzna sprawność kwantowa diody jest silną funkcją długości wnęki lasera i temperatury – informacja ta jest zasługą autora strony kicham.pl.
Optymalna wartość IQE wynosi od 50 do 100 procent. Wartość IQE jest miarą tego, ile energii może zwrócić foton na jednostkę mocy światła padającego. Ta właściwość jest również określana jako sprawność urządzenia. Jeśli wewnętrzna sprawność kwantowa lasera diodowego jest niższa niż 50 procent, urządzenie może nie być tak wydajne, jak się reklamuje.
W zależności od użytego materiału, prąd progowy lasera diodowego może się różnić. Na przykład laser czerwony może mieć wyższy prąd progowy niż laser zielony. W tym przypadku emiterem czerwonego lasera jest materiał fosforescencyjny, zwany IrMDQ2. Laser czerwony może mieć poziom QU równy 20%, natomiast jego sprawność energetyczna wynosi 80 lm W-1.
Prąd progowy
Laser diodowy jest urządzeniem, które może wytwarzać światło o bardzo dużym natężeniu. Wytwarza on jednak znaczne ilości ciepła. Oznacza to, że musi być zbudowany z wysokiej jakości kryształu półprzewodnikowego, który wytrzymuje wysokie temperatury. Temperatura charakterystyczna lasera diodowego, zwana również To, jest wskaźnikiem jego wrażliwości na temperaturę. Generalnie większa wartość To wskazuje, że gęstość prądu progowego i zewnętrzna różnicowa sprawność kwantowa rosną mniej gwałtownie wraz ze wzrostem temperatury.
Prąd progowy lasera diodowego jest miarą sprawności urządzenia laserowego. Zależy on od wielu czynników, takich jak rodzaj zastosowanego materiału półprzewodnikowego i ogólna konstrukcja struktury falowodu. Rozmiar i obszar urządzenia laserowego są również ważnymi czynnikami, które wpływają na gęstość prądu progowego. Większe urządzenia wymagają większych ilości prądu elektrycznego, aby osiągnąć początek akcji laserowej.
Prąd roboczy lasera diodowego jest inny dla każdego typu lasera. Prąd roboczy diody jest zwykle mniejszy od prądu napędowego. Im niższy jest ten prąd, tym lepiej, ponieważ wyższe prądy mogą uszkodzić sekcje zasilania i elektronikę sterującą. Podobnie, wyższe napięcie może uszkodzić stopień wyjściowy lasera.
Laser powierzchniowo emitujący z poprzeczną wnęką
Do generowania światła można wykorzystać lasery powierzchniowo emitujące z poprzeczną wnęką. Głównymi zaletami tego typu lasera są wysoka sprawność, duża gęstość mocy i stosunkowo prosta konstrukcja. Jednakże struktura wnęki poprzecznej musi być starannie dobrana w celu uzyskania najlepszej wydajności. Optymalna struktura dla tego typu lasera zależy od wielu czynników, w tym indeksu załamania materiału, rozmiaru wnęki oraz właściwości materiałowych pierwszego i drugiego stosu luster.
Lasery emitujące powierzchniowo wnękę poprzeczną mogą mieć również dużą moc i jasność. Typowo wytwarzają ponad trzy W mocy fali ciągłej i wykazują dużą sprawność zbocza, wynoszącą 44%. Przy pracy z dużą mocą granica dyfrakcyjna wiązki wynosi 1,15. Lasery te pracują w pobliżu 976 nm. Nadają się również do pompowania rdzeni jednomodowych laserów fosforanowych. Są często wykorzystywane w zastosowaniach holograficznych i medycznych.
Innym rodzajem poprzecznego lasera emitującego powierzchnię wnęki jest pionowy laser emitujący powierzchnię wnęki. Struktura tego lasera jest unikalna, ponieważ zapewnia ograniczenie nośników do średnicy mniejszej niż poprzeczny tryb optyczny. Ponadto struktura zachowuje wysoki stopień planarności w poszczególnych warstwach. Taka konstrukcja jest przydatna w komunikacji optycznej, w wyniku czego zwiększa się prędkość przetwarzania.
Sprawność lasera z poprzeczną wnęką z emisją powierzchniową w dużej mierze zależy od gęstości prądu. Gęstość ta jest proporcjonalna do ilości prądu, który płynie w regionie aktywnym. Prowadzi to do zmniejszenia rezystancji. Efekt ten jest szczególnie wyraźny przy niskich biasach. Aby zminimalizować ten efekt, można umieścić warstwę rezystywną pomiędzy regionem aktywnym 20 a ograniczającą prąd szczeliną 27. Możliwe jest również zwiększenie rezystancji arkusza, a tym samym zmniejszenie wielkości rozprzestrzeniania się prądu.
Podobne tematy