Comment fonctionnent les diodes laser ?
Recette de base pour une diode laser :
1.
gain moyen
miroirs clivés< /p>
3 électrodes
4. Source d’alimentation CC
5. packaging
le support de gain est un matériau optoélectronique à bande interdite directe et généralement une jonction pn (conception la plus basique). ce milieu de gain est entouré d’électrodes contenant également des semi-conducteurs. ceux-ci doivent être adaptés au réseau ou au domaine pour maximiser la conductivité électrique et minimiser les défauts d’interface ; ils doivent donc être réalisés par des techniques d’épitaxie (mocv, jet moléculaire, etc.). il doit être correctement fendu sur les bords pour refléter la lumière. il est correctement emballé et la source de courant continu ou peut-être de courant alternatif est connectée aux électrodes.
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le moyen de gain agit comme une cavité . Le matériau optoélectronique GaAs, par exemple, émet de la lumière lorsque les électrons et les trous se combinent à nouveau. Pour cela, une tension doit être appliquée. la source d’alimentation CC doit être programmée avec des inductances de condensateur, etc. de manière à ce que lorsque le laser est allumé, le courant soit maximum, permettant une émission spontanée très élevée. au lancement, l’émission spontanée doit être bien supérieure à l’émission stimulée. à ce stade, le laser est essentiellement une LED. à mesure que plus de lumière est créée, elle atteint le seuil d’émission laser, le courant doit chuter. maintenant, la tension doit être élevée avec le moins de courant. cela garantit une émission plus stimulée. les miroirs clivés facilitent une cavité permettant à la lumière d’augmenter en intensité de façon exponentielle par émission stimulée. une fois qu’il atteint l’équilibre dynamique, une lumière laser utile est produite. il peut être dirigé via des composants micro-optiques dans un boîtier soigné.
il s’agit désormais d’une conception très basique. D’autres conceptions existent, comme l’émission planaire, les cavités verticales, etc. L’épaisseur du film à gain moyen peut également être poussée jusqu’à 5 nm ou moins. Ce type de nano-ingénierie crée une réduction de la densité d’états qui augmente le coefficient de gain (le laser devient plus efficace).
ingénierie plus avancée : dopage de gain pour modifier la longueur d’onde, croissance des puits quantiques sous contrainte, croissance de boîtes quantiques (augmente encore le coefficient de gain), utilisation d’électrodes de cobalt (avec interfaces en couches minces de saphir) de lumière (nécessite également un dopage au manganèse sur le milieu de gain), couplage de fibres avec des cavités externes (avec ajustement de longueur d’onde par contrainte mécanique sur la fibre) et les charges d’autres matériaux.
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