e
sv

Lazer Diyot Nedir? Yapısı ve Çalışma Prensibi

126 okunma — 13 Aralık 2022 07:40
avatar

Eray Kösebalaban

  • e

    Mutlu

  • e

    Eğlenmiş

  • e

    Şaşırmış

  • e

    Kızgın

  • e

    Üzgün

Lazer diyotlar, tüm ışık dalgalarının aynı dalga boyuna sahip olduğu bir ışık kaynağıdır. Bu özelliklerinden dolayı lazer ışınları çok parlaktır ve çok küçük bir noktaya odaklanabilir. Lazer diyotlar; barkod okuyucular, lazer yazıcılar, güvenlik sistemleri, fiber optik iletişim vb. gibi çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” kelimelerinin baş harflerinden meydana gelen Lazer kelimesi türkçe olarak “Uyarılmış Radyasyon Emisyonuyla Işık Amplifikasyonu” anlamına gelmektedir.

Lazer diyot, görünür veya kızılötesi spektrumda olan aynı frekans ve faza sahip pn bağlantısı kullanarak tutarlı bir ışık üretir. LED’lere benzer bir şekilde çalışmaktadır.

Lazer Diyot Sembolü

Lazer Diyot Yapısı

Bir lazer diyot, p tipi ve n tipi yarı iletken katmandan meydana gelmiştir. Bu yarı iletkenler,  Galyum Arsenit’ten yapılmıştır çünkü Galyum Arsenit’in enerji salınımı ışık veya foton şeklindedir. Ayrıca bu yarı iletken maddeler Selenyum, Alüminyum veya Silisyum ile katkılanmıştır.

Lazer diyotların yapısı LED’e benzer, tek fark iki yarı iletken katman arasında aktif bir katman yer almaktadır. Bu aktif katman genellikle bir kuantum kuyusunda oluşur ve içsel (katkısız) yarı iletkenden yapılır. Ayrıca lazer diyotun p tipi ve n tipi yarı iletken katmanlarına metal iletkenliği sağlamak için metal plakalar yerleştirilir.

Lazer Diyot Yapısı (Intrinsic Layer=İçsel Bölge)

P tipi ve n tipi malzeme arasında yer alan içsel bölge bağlantı noktasından daha fazla taşıyıcının birikebilmesi için aktif bölgenin kapasitesini artırmaktadır. Aktif bölgenin kapasitesi artınca, elektronlar daha hızlı hareket eder ve böylece daha iyi bir çıkış gücü sağlanır.

P-N Bağlantısında Elektronlar ve Boşluklar

Lazer Diyotun Çalışma Prensibi

Bir lazer diyotun çalışma prensibi üç adımda gerçekleşir. Bunlar emilim, kendiliğinden emisyon ve uyarılmış emisyondur.

  • Enerji emilimi (Energy Absorption):

Lazer diyodu, deliklerin ve elektronların bulunduğu bir pn bağlantısından oluşur.  pn bağlantısına belirli bir voltaj uygulandığında elektronlar enerjiyi emer ve daha yüksek bir enerji seviyesine geçerler. Elektronlar, “rekombinasyon süresi” veya “üst durum ömrü” olarak adlandırılan çok kısa bir süre boyunca bu uyarılmış durumda kalırlar. Rekombinasyon süresi, çoğu lazer diyodu için yaklaşık bir nanosaniyedir.

Enerji Emilimi
  • Kendiliğinden Emisyon (Spontaneous Emission):

Uyarılmış elektronlar, üst durum ömürlerinden sonra tekrar eski enerji seviyelerine dönerler. Elektronlar daha yüksek enerji seviyesinden daha düşük enerji seviyesine düştüğünden dolayı bir enerji farkı ortaya çıkar. Bu fark fotonlara veya elektromanyetik radyasyona dönüştürülür. Aynı işlem LED’lerde ışık üretmek için kullanılır. Yayılan fotonun enerjisi, iki enerji seviyesi arasındaki farkla verilir.

Kendiliğinden Emisyon
  • Uyarılmış Emisyon (Stimulated Emission):

Uyarılmış emisyon, uyarılmış elektronların veya serbest elektronların ışık şeklinde enerji salarak daha düşük enerji durumuna düşmeleri için uyarıldığı süreçtir.

Uyarılmış emisyonda, uyarılmış elektronların veya serbest elektronların ömürlerinin tamamlanması beklenmez. Ömürlerini tamamlamadan önce, gelen veya dış fotonlar serbest elektronları alt enerji seviyeye inmeye zorlar. Uyarılmış emisyonda, alt enerji seviyesine gelen her foton iki foton üretecektir.

Uyarılmış emisyon nedeniyle üretilen tüm fotonlar aynı yönde hareket edecektir. Sonuç olarak, dar bir yüksek yoğunluklu lazer ışını üretilir.

Uyarılmış Emisyon

Lazer diyot yapısının iki ucu optik olarak yansıtıcıdır. Bir uç tamamen yansıtıcı, diğer uç ise kısmen yansıtıcıdır. Tam yansıtıcı uç ışığı tamamen yansıtırken, kısmen yansıtıcı uç ışığın çoğunu yansıtır ancak az miktarda ışığa izin verir. pn bağlantısında üretilen ışık, iki yansıtıcı yüzey arasında ileri geri (yüzlerce kez) geri döner. Sonuç olarak, muazzam bir optik kazanç elde edilir. Uyarılmış emisyon nedeniyle üretilen ışık, dar bir lazer ışığı üretmek için lazer diyodunun kısmen yansıtıcı ucundan çıkar. Uyarılmış emisyon nedeniyle üretilen tüm fotonlar aynı yönde hareket eder. Dolayısıyla bu ışık uzayda yayılmadan uzun mesafelere gider.

Lazer Diyot Işın Oluşumu

Lazer Diyotların Kullanım Alanları

  • Savunma sanayi ve telekomünikasyon
  • Fiber optik iletişim
  • Barkod okuyucu
  • Tıbbi uygulamalar
  • CD & DVD oynatıcılar
  • Endüstriyel makinelerde delme, kesme ve kaynak işlemleri
  • Site İçi Yorumlar

En az 10 karakter gerekli