الدايود الليزري : كيف يعمل ماهي انواعه وخصائصه وماهي اهم استخداماته

يستخدم ديود الليزر في العديد من الصناعات و الأجهزة التي نستخدمها كل يوم و خاصة في مجال الإتصالات باستخدام الألياف البصرية التي يدخل ديود الليزر في تصاميمها كمنبع للضوء من طرف يوصل الليف ضوءه إلى مستقبل واقع على الطرف الثاني, ان تزايد استخدام ديود الليزر واهميته دفعني الى كتابة هذا المقال الذي لخصت فيه بعض المعلومات حول الديود الليزري ارجوا ان تستفيد ولو قليلا من هذا المقال.

كيف يعمل الديود الليزري

الديود الليزري laser diode، هو عنصر نصف ناقل يصدر ضوءاً مترابطاً coherent، بمعنى أن للموجات الضوئية الصادرة عنه التردد والطور نفسهما عندما يمر تيار كهربائي خلاله.

تشبه بنية الديود الليزري بنية الديود المصدر للضوء، ولكن بتصميم خاص لتحقيق انعكاس الإسكان population inversion، وباستخدام سطحي البلورة كمرآتين لتحقيق حجرة التجاوب resonance الضرورية لعمل الليزر. تستخدم بعض الديودات الليزرية حجرة تجاوب خارجية. تستهلك الديودات الليزرية غالباً تيارات أكبر من الديودات المصدرة للضوء. يبين الشكل في الاسفل مقطعاً في ديود ليزري.





تتميز الديودات الليزرية من الليزرات التقليدية بصغر حجمها وخفة وزنها، وانخفاض التيار والجهد الكهربائيين اللازمين لعملها، لكنها تصدر استطاعة ضوئية أقل من باقي الليزرات وتكون الأشعة الصادرة عنها أكثر انفراجاً divergent. تغطي مختلف أنواع الديودات الليزرية المجال الطيفي تحت الأحمر والمرئي.

انتشر استخدام الديودات الليزرية في الاتصالات بالألياف البصرية، وقارئات الأقراص المدمجة compact discs CD، والطابعات الليزرية، وأجهزة التحكم عن بُعْد، وأجهزة الكشف عن التسلل intrusion detection، وماسحات الرمّاز القضباني bar code scanner التي توضع على المواد الاستهلاكية، كما أن لها تطبيقات علمية وتقنية واسعة.

أنواع ديودات الليزر

توجد بنيتان رئيسيتان لديود الليزر هما:
1- بينة فابري- بيترو أو FP.
2- البنية ذات التغذية العكسية المجزأة أو DFB.

يتميز النوع الأول FP بأنه اقتصادي أكثر من الثاني و لكنه أكثر ضجيجا من الثاني و أبطأ في الإستجابه بينما يتميز النوع الثاني DFB بأنه أهدأ و أسرع و ذو طيف إصدار أضيق من الأول و هو بالتالي ذو سعر أعلى و لكنه يقدم أداء أفضل و يتميز بإصداره لضوء نقي وحيد اللون بينما يصدر FP ضوءا ذو أطوال موجية مختلفة.

استخدام كل من النوعين:

يستخدم ديود DFB في الدارات الرقمية التي تتطلب سرعة كبيرة و يستخدم أيضا في أغلب الدارات التشابهية و ذلك بسبب سرعته و ضجيجه المنخفض بالإضافة إلى امتلاكه لخطية متفوقة على ديود FP و هو ما نحتاجه في الدارات التشابهية.

أما النوع الثاني FP فهو يقسم إلى قسمين:

النوع الأول (BH (buried hetero و النوع الثاني (MQW (multi-quantum well

و قد ساد النوع الأول BH لسنوات عدة في أغلب الإستخدامات و الصناعات التي تستخدم FP إلا أن النوع الثاني MQW آخذ بالإنتشار على حساب النوع الأول في الوقت الحالي و ذلك بسبب إيجابياته التي يتفوق بها على كل الأنواع الأخرى من FP و من هذه الخصائص ما يلي:

1- تيار فتح (عتبة) صغير و بالتالي لن نحتاج إلى استخدام منابع كبيرة .
2- ذو كفاءة أعلى من غيره.
3- ذو ضجيج منخفض مقارنة مع بقية الأنواع.
4- أكثر خطية.
5- ذو استقرار عالي فيما يتعلق بدرجات الحرارة و تغيراتها أي عدم تأثره بدرجات الحرارة.

و لكن من سيئاته أنه قد يسبب بعض الإنعكاسات التي قد تؤثر على عمل بعض الأجهزة كما في الألياف البصرية.

و بالحديث عن أنواع ديودات الليزر بالنسبة للبنية لابد لنا من التطرق إلى أحدث أنواعه و هو ما يسمى VCSEL و يتميز بأنه يصدر الضوء بشكل عمودي على سطحه على عكس الأنواع القديمة التي تصدر الضوء من السطح الأفقي و الشكل المجاور يبين بنيته.

يشابه ديود VCSEL في عمله عمل الأنواع العادية من ليزرات المواد النصف ناقلة و التي تتميز بإصدار الضوء من السطح الأفقي, و يتكون ديود VCSEL من قلب يدعى بالقطاع الفعال أو قطاع التضخيم ووظيفته إصدار الضوء، بينما تقوم طبقات من المواد نصف الناقلة المتنوعة التي تتوضع فوق و تحت القلب بالعمل كمرايا تعكس كل منها مجالا ضيقا من أطوال الموجة للأشعة الصادرة عن القلب و تتجه هذه الأشعة المنعكسة إلى ثقب الإصدار مكونة إشعاعا ذو طول موجة واحد لأن كل طبقة من الطبقات السابقة تمتلك خصائص تمكنها من عكس أمواج صادرة عن القلب بتردد معين محولة إياها إلى أمواج ذات طول موجة واحد.

أما عن مميزات هذا النوع فنذكر:

1- الحجم الصغير.
2- المرايا المكونة من المواد النصف ناقلة و التي تمنحه تيار عتبة صغير لا يتجاور 1mA .
3- ذو استقرار حراري عالي ، لا يتأثر بتغيرات درجة الحرارة.


هذه المقالة ستساعدك ايضا: كيف تعمل المقاومة وماهي أهم إستخداماتها