Diodo láser
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Diodos láser. Estos dispositivos también se les demomina diodos láser de inyección, o por sus siglas inglesas LD o ILD.
Sumario
Creadores
El diodo láser fue inventado en tres laboratorios de investigación en USA de modo independiente . Los investigadores consiguieron radiación electromagnética coherente de un diodo de unión p-n en base al material semiconductor GaAs - Arsenuro de Galio.
Funcionamiento
Cuando un diodo convencional o LED se polariza en directa, los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo. Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse cayendo el electrón al hueco y emitiendo un fotoń con la energía correspondiente a la banda prohibida.
Esta emisión espontánea se produce normalmente en los diodos semiconductores, pero sólo es visible en algunos de ellos (como los LEDs), que tienen una disposición constructiva especial con el propósito de evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante, y habitualmente una energía de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible; en otros diodos, la energía se libera principalmente en forma de calor, radiación infrarroja o radiación ultravioleta.
En condiciones apropiadas, el electrón y el hueco pueden coexistir un breve tiempo, del orden de nanosegundos, antes de recombinarse, de forma que si un fotón con la energía apropiada pasa por casualidad por allí durante ese periodo, se producirá la emisión estimulada, es decir, al producirse la recombinación el fotón emitido tendrá igual frecuencia, polarización y fase que el primer fotón.
En los diodos láser, para favorecer la emisión estimulada y generación de luz láser, el cristal semiconductor del diodo puede tener la forma de una lámina delgada con un lado totalmente reflectante y otro sólo reflectacte de forma parcial (aunque muy reflectacte también), lográndose así una unión PN de grandes dimensiones con las caras exteriores perfectamente paralelas y reflectantes. Es importante aclarar que las dimensiones de la unión PN guardan una estrecha relación con la longitud de onda a emitir.
Este conjunto forma una guía de onda similar a un resonador de tipo Fabry-Perot. En ella, los fotones emitidos en la dirección adecuada se reflejarán repetidamente en dichas caras reflectantes (en una totalmente y en la otra sólo parcialmente), lo que ayuda a su vez a la emisión de más fotones estimulados dentro del material semiconductor y consiguientemente a que se amplifique la luz (mientras dure el bombeo derivado de la circulación de corriente por el diodo).
Parte de estos fotones saldrán del diodo láser a través de la cara parcialmente transparente (la que es sólo reflectante de forma parcial). Este proceso da lugar a que el diodo emita luz, que al ser coherente en su mayor parte (debido a la emisión estimulada), posee una gran pureza espectral. Por tanto, como la luz emitida por este tipo de diodos es de tipo láser, a estos diodos se los conoce por el mismo nombre.
Constitución material
Todos los láseres de diodo están construídos con materiales semiconductores , y tienen las propiedades características de los diodos eléctricos.
-Materiales que los componen:
- Láseres de diodo - ya que se componen de uniones p-n como un diodo.
- Láseres de inyección - ya que los electrones son inyectados en la unión por el voltaje aplicado.
La utilización tanto en I+D como comercial de los láseres de diodo ha cambiado dramáticamente en los últimos 20 años. Hoy en día el número de láseres de diodo vendidos en un años se mide en millones , mientras que todos los demás tipos de láser juntos se miden en millares.
Semiconductores
-En general , los sólidos pueden dividirse entres grupos:
- Aislantes - Materiales que no son conductores de la electricidad como cuarzo,diamante, goma o plástico.
- Conductores- Materiales que son conductores de la electricidad como oro, plata, cobre.
- Semiconductores- Materiales con una conductividad eléctrica intermedia entre materiales conductores y no conductores.
-Ejemplos: Ge, Si, GaAs, InP, GaAlAs.
La conductividad de un semiconductor aumenta con la temperatura ( explicado más tarde ), contrariamente a lo que sucede con los materiales metálicos, cuya conductividad disminuye con la temperatura debido al aumento del nivel vibracional de los átomos.
Ventajas
- Son muy eficientes.
- Son muy fiables.
- Tienen tiempos medios de vida muy largos.
- Son económicos.
- Permiten la modulación directa de la radiación emitida, pudiéndose modular a décimas de Gigahercio.
- Su volumen y peso son pequeños.
- El umbral de corriente que necesitan para funcionar es relativamente bajo.
- Su consumo de energía es reducido (comparado con otras fuentes de luz)
- El ancho de banda de su espectro de emisión es angosto (puede llegar a ser de sólo algunos kHz)
Algunas aplicaciones
- Comunicaciones de datos por fibra óptica.
- Lectores de CD, DVD, Blue-ray, HD-DVD, entre otros.
- Interconexiones ópticas entre circuitos integrados.
- Impresoras láser.
- Escáneres o digitalizadores.
- Sensores.
- Armas láser.
