Diode laser là một thiết bị biến dòng điện đi qua mạch điện thành chùm sáng mạnh. Còn được gọi là laser diode bán dẫn, cấu tạo cụ thể của chúng khiến diode laser trở thành lựa chọn phổ biến cho những người chế tạo mạch điện, những người cần tạo ra ánh sáng trực tiếp trong mạch điện.

Có sẵn các phân loại bước sóng đầu ra khác nhau và có thể tạo ra ánh sáng hồng ngoại trong một số trường hợp, các thiết bị này mang lại những lợi ích độc đáo so với các thiết bị thay thế như đèn LED

Cách thức hoạt động của Diode Laser

Cấu trúc cụ thể của diode laser là chìa khóa cho nguyên tắc hoạt động của chúng. Ở trung tâm của điốt laze là một tiếp giáp p-n, là khoảng cách giữa một lớp vật liệu bán dẫn loại n và một lớp vật liệu bán dẫn loại p khác. Sự hiện diện của điều này có nghĩa là dòng điện chỉ có thể chạy theo một hướng (có nghĩa là nó phân cực thuận).

Thông thường những vật liệu này là gali arsenua pha tạp với nhôm, silic, selen hoặc indi. Lớp loại p có nhiều hạt tích điện âm hơn trong khi phần loại n chứa đầy các electron.

Ở cuối các lớp này là các bề mặt phản chiếu, với một lớp phản chiếu hoàn toàn và lớp kia phản chiếu một phần.

Điều này có nghĩa là khi một dòng điện được cung cấp cho diode laser, quá trình sau sẽ xảy ra:

Các electron tự do chuyển từ lớp n sang lớp p
Một số electron này sẽ kết hợp với các hạt mang điện tích âm và kích thích chúng
Sự kích thích này làm cho mức năng lượng của chúng tăng lên và các photon (năng lượng ánh sáng) được giải phóng
Đến lượt các photon này kết hợp với nhiều electron hơn, gây ra sự kích thích lớn hơn và các photon khác được tạo ra
Năng lượng ánh sáng này dội lại giữa hai lớp phản xạ, tạo ra một chùm ánh sáng mạnh phát ra từ diode laze

Sự khác biệt giữa LED và Laser Diode là gì?

Mặc dù chúng thường được xếp cùng loại với chất bán dẫn, nhưng có những điểm khác biệt chính giữa diode LED và diode laze cần được các nhà chế tạo mạch xem xét, bao gồm:

Độ lợi quang học cao do diode laze tạo ra là nhờ có bộ cộng hưởng tích hợp ngăn ánh sáng thoát ra khỏi thiết bị. Điều này có nghĩa là chùm sáng được tạo ra mạnh hơn so với đèn LED
Ánh sáng LED được tạo ra thông qua phát xạ tự phát, không cần cung cấp dòng điện để nó diễn ra. Nó cũng tạo ra lượng ánh sáng phát ra thấp hơn vì không có mức tăng thêm do sự kích thích của các photon như trong điốt laser
Ánh sáng do điốt laze tạo ra là một chiều và nhất quán về mặt bước sóng, không giống như ánh sáng do đèn LED tạo ra có thể chứa nhiều màu sắc khác nhau

Do đó, nếu người thiết kế mạch muốn tạo ra chùm ánh sáng mạnh một cách hiệu quả thì diode laser sẽ là lựa chọn thích hợp nhất. Tuy nhiên, nếu mạch chỉ yêu cầu mức độ ánh sáng thấp, không có bước sóng cụ thể hoặc thông thường, thì đèn LED sẽ là một lựa chọn kinh tế hơn.

Phân loại Diode Laser

Các lớp phản xạ ở hai đầu của tiếp giáp p-n có nghĩa là số lượng photon được giải phóng tỷ lệ thuận với số lượng electron được giải phóng và kích thích, với dòng điện chạy qua diode theo một hướng. Mức năng lượng trong mỗi photon được tạo ra cũng giống hệt nhau.

Điều này có nghĩa là bước sóng của ánh sáng do diode laze tạo ra là nhất quán (còn được gọi là kết hợp). Như vậy, màu sắc của ánh sáng do diode laser tạo ra có liên quan trực tiếp đến bước sóng của nó. Điều này được đo bằng nanomet (nm).

Diode laze đỏ: tạo ra ánh sáng có bước sóng 660nm. Chúng thường được sử dụng trong các thiết bị cân bằng hoặc con trỏ cầm tay.

Diode laze xanh: tạo ra ánh sáng ở bước sóng 500nm. Điều này có thể dễ dàng hấp thụ bởi các vật liệu cụ thể, làm cho chúng phù hợp với các thiết bị hàn và công cụ sản xuất phụ gia cụ thể.

Diode Laser Xanh: tạo ra ánh sáng ở bước sóng 550nm. Điều này làm cho chúng phù hợp nhất với máy in, công cụ khảo sát và máy chiếu phim.

Cách đấu dây Diode Laze

Một diode laser sẽ luôn có ít nhất ba chân. Ba chân này được định nghĩa là đầu vào, đầu ra và vỏ (hoặc nối đất). Cực dương và cực âm được kết nối trực tiếp với nguồn điện, thường là pin hoặc nguồn DC, trong khi trường hợp không được sử dụng.

Điều đáng chú ý là ký hiệu đi-ốt laser gần giống với ký hiệu của đi-ốt bán dẫn. Tuy nhiên, nó cũng bao gồm các mũi tên chỉ hướng phát ra ánh sáng. Đây là điều cần nhớ khi xây dựng sơ đồ logic của bạn trước khi nối dây mạch.

Mặc dù bắt buộc phải lưu ý rằng cách bạn đấu dây đi-ốt laser thay đổi tùy thuộc vào loại và ứng dụng cụ thể, nhưng các bước điển hình (cần được thực hiện khi đeo PPE phù hợp) bao gồm:

Xác định các yêu cầu về điện áp và dòng điện của diode laser đang được sử dụng. Chúng thường được liệt kê trong thông số kỹ thuật của nhà sản xuất
Chọn nguồn điện cung cấp điện áp và dòng điện cần thiết cho diode của bạn. Bạn có thể cần sử dụng điện trở giới hạn dòng điện hoặc mạch trình điều khiển để đảm bảo dòng điện được kiểm soát và không vượt quá định mức tối đa của diode
Kết nối nguồn điện với điốt laze bằng dây hoặc PCB. Đảm bảo đúng cực và các dây được kết nối chắc chắn. Nếu cần, hãy thêm một bộ tản nhiệt hoặc hệ thống làm mát để ngăn điốt laze quá nóng
Kiểm tra điốt laze bằng đồng hồ đo công suất hoặc máy hiện sóng để đảm bảo nó hoạt động trong các thông số đã chỉ định