Лазерний світлодіод
Лазерний світлодіод принципово відрізняється звичайним світлодіодом наявністю вбудованого резонатора, який дозволяє отримати індуковане випромінювання високого ступеня когерентності (узгодженості між фазами оптичних коливань).
У напівпровідниковому лазері випромінювання викликається вимушеною рекомбінацією. Це дає можливість керувати випромінюванням за допомогою електромагнітних хвиль і генерувати когерентний потік світла.
Розберемося: як це працює?
Уявімо плоский p-n-перехід, зміщений у прямому напрямку (рисунок 1). У цьому випадку відбувається інжекція дірок в ділянку n і навпаки - електронів в ділянку p. Під час цього переходу у граничній (активній) області може відбутися рекомбінація, яка супроводжуватиметься випромінюванням кванта. Таке випромінювання називається спонтанним. На основі спонтанного випромінювання працюють звичайні світлодіоди. Якщо ж електрон і дірка знаходяться на близькій відстані в активній зоні і через цю область пройде квант світла певної (резонансної) частоти, рекомбінація відбудеться вимушено. При цьому виділиться ще один квант світла, з такими ж параметрами, як квант, що викликав рекомбінацію. Для того, щоб збільшити вимушену рекомбінацію торці напівпровідникового кристала робляться паралельними і поліруються (на малюнку 1 вони позначені як оптично рівна грань). Таким чином створюється так званий оптичний резонатор. Кванти, багаторазово відбиваючись від полірованих поверхонь, «літають» уздовж переходу, провокуючи процеси вимушеної рекомбінації. Зрештою, вони виходять назовні у напрямку строго перпендикулярному оптично рівним граням. Коли кількість квантів, що з'явилися в результаті такої стимуляції, значно перевищить кількість тих, хто з'явився спонтанно – почнеться лазернагенерація.
Інтенсивність випромінювання залежить від сили струму, що протікає через pn-перехід. При малих струмах лазер працює як малоефективний звичайний світлодіод, оскільки відбуваються лише спонтанні випромінювання. Коли струм перевищує деяке граничне значення – випромінювання стає вимушеним і його потужність різко зростає. Цей спосіб стимуляції лазерного випромінювання часто називають накачуванням електричним струмом. Існує також метод оптичного накачування, коли атоми напівпровідника збуджуються квантами від потужного (не обов'язково когерентного) випромінювача.
Виходячи з кристала напівпровідника когерентне світло, внаслідок дифракції, розсіюється на всі боки. Тому для формування вузьконаправленого пучка доводиться застосовувати лінзи, що збирають.
Діапазон довжин хвиль, у якому можливе створення напівпровідникового лазера охоплює більшу частину видимого спектру, а також ближню та середню область інфрачервоного діапазону.
Звичайно, лазерний світлодіод на сьогоднішній день зазнав безліч змін і покращень у своїй конструкції, він вже є більш складною структурою, а не простим p-n-переходом, але основний принцип його роботи залишився таким як описано вище.
Основними матеріалами, що використовуються при виробництві лазерних діодів, є арсенід галію GaAs, арсенід галію алюмінію AlGaAs, фосфід галію GaP, нітрид галію GaN, нітрид галію індія InGaN та інші.
Лазерні світлодіоди або напівпровідникові лазери знаходять широке застосування в різних областях. Вони застосовуються у волоконно-оптичних системах зв'язку, у зчитувачах штрих-коду. У різних побутових пристроях: комп'ютерних мишках, програвачах компакт-дисків, проекторах, ну і, звичайно, в лазерних указках.
Лазерні потужніСвітлодіоди використовуються для накачування твердотільних лазерів, дозволяючи отримувати дуже високий ККД.
Ще одне застосування – лазерна спектроскопія, де застосування лазерів дало можливість використання нових методів дослідження речовин. Лазери незамінні в наукових дослідженнях, що активно впроваджуються в медицині, як для діагностичних, так і для терапевтичних цілей.