Diodenlasermaschine

Arten von Diodenlasermaschinen

Kantenemittierende Diodenlaser
Kantenemittierende Diodenlaser emittieren Laserlicht vom Rand des Halbleiterchips. Sie emittieren Licht parallel zur Chipoberfläche. Kantenemittierende Diodenlaser bestehen aus einem Chip aus Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP) oder Galliumnitrid (GaN). Der Chip besteht aus zwei (oder mehr) Schichten, einschließlich der Ladungsverarmungsregion (aktiv) am pn-Übergang, wo der Lasereffekt auftritt.

Kantenemittierende Dioden können hohe optische Leistungen im Bereich von Milliwatt bis zehn Watt oder mehr liefern. Im Vergleich zu den meisten anderen Laser- und Laserdiodentypen weisen sie außerdem einen überdurchschnittlich hohen elektrischen Wirkungsgrad auf. Diese Laser werden in den meisten Bereichen eingesetzt: Telekommunikation, optische Datenspeicherung, Barcode-Scanning, Laserdruck, optische Sensorik, medizinische Geräte und industrielle Lasersysteme.

Oberflächenemittierende Diodenlaser (VCSED) mit vertikalem Resonator
VCSED-Geräte werden häufiger als Vertical-Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs) bezeichnet. Hierbei handelt es sich um eine Klasse von Halbleiterlaserdioden, die Laserlicht senkrecht zur Oberfläche des Chips durch die Oberseite des Chips emittieren. VCSELs bestehen aus einem pn-Übergangschip mit einem vertikalen Hohlraum, der aus zwei verteilten Bragg-Reflektorspiegeln besteht. Der aktive Bereich, in dem Licht durch Ladungslöschung initiiert wird, liegt in der Mitte zwischen diesen Spiegeln. Dieser Lasertyp bestückt den aktiven Bereich im Allgemeinen mit Quantentöpfen oder ähnlichen verstärkungsinduzierenden Strukturen. Das Licht wird senkrecht zur Chipoberfläche als kreisförmiger oder elliptischer Strahl mit einem wohldefinierten und symmetrischen Profil emittiert. Dieses Strahlprofil reagiert gut auf Kollimation und weist eine relativ geringe Divergenz auf.

Diese Geräte haben gegenüber kantenemittierenden Diodenlasern mehrere Vorteile. Ihr Schwellenstrom ist niedrig, was einen hohen elektrischen Wirkungsgrad bei niedrigen Leistungspegeln ermöglicht. Geräte mit kreisförmigem Strahlprofil eignen sich gut für die Ankopplung an Lichtwellenleiter. Ein großer Vorteil von VCSELs besteht darin, dass sie im Wafer-Maßstab hergestellt werden können, was zu geringeren Produktionskosten und einer höheren Einheitlichkeit als individuell konstruierte Geräte führt.

VCSED-Laser sind für die Emission einer Reihe von Wellenlängen erhältlich, vom mittleren bis zum nahen Infrarot sowie für sichtbares Licht. Die Wellenlänge der Ausgabe ergibt sich aus der Materialauswahl, dem Übergangsdesign und der Form des Resonanzhohlraums. Sie werden häufig verwendet in: Glasfasernetzen, optischen Verbindungen und Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungssystemen. Sie werden auch in der 3D-Sensorik zur Gesichtserkennung und Tiefenerkennung in mobilen Geräten sowie in allgemeineren optischen und sensorischen Anwendungen wie optischen Mäusen, Laserdruckern und 3D-Scannern eingesetzt.

Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB).
DFB-Laser (Distributed Feedback) haben eine ähnliche Struktur wie andere Halbleiterlaser. Einzigartig in dieser Klasse ist jedoch die Einbeziehung einer periodischen Gitterstruktur innerhalb des aktiven Bereichs oder des externen Wellenleiters. Das verteilte Rückkopplungsgitter besteht aus einer periodischen Variation des Brechungsindex des Wellenleiterbereichs, was zu einer periodischen Modulation des Verstärkungsprofils führt. Dies fungiert als Rückkopplungsmechanismus, der eine optische Rückkopplung/Verstärkung bei einer ausgewählten Wellenlänge erzwingt und gleichzeitig andere Moden unterdrückt. Dies bedeutet, dass diese Geräte Licht einer bestimmten Wellenlänge mit hoher spektraler Reinheit und schmaler Linienbreite erzeugen. Dies ist ideal für faseroptische Kommunikation mit hoher Datenrate, Sensorik und verschiedene hochauflösende Spektroskopie- und Messanwendungen.

DFB-Laser können auch für eine Wellenlängenabstimmbarkeit innerhalb eines begrenzten Bereichs ausgelegt werden. Dies resultiert aus der Temperaturabstimmung, der Stromabstimmung oder einem externen Rückkopplungsmechanismus, der eine Anpassung des Brechungsindex ermöglicht.

Quantenkaskadenlaser (QCLs)
Der Quantenkaskadenlaser (QCL) nutzt Quantenkaskadenübergänge zwischen Energieniveaus innerhalb mehrerer Halbleiterübergänge als Laserquelle. QCLs bestehen aus mehreren Quantentöpfen, wobei die Barrieren durch Halbleiterschichten mit unterschiedlichen Bandlücken gebildet werden. Wenn ein Vorwärtsstrom angelegt wird, wandern Elektronen und Löcher durch mehrere quantisierte Energieniveaus und erzeugen bei jedem Übergang effizient Photonen. Sie emittieren im mittleren Infrarot- und Terahertz-Bereich des elektromagnetischen Spektrums und können innerhalb dieser Bereiche ein breites Spektrum an Wellenlängen emittieren. Die meisten Lasertechnologien im mittleren Infrarotbereich erfordern eine kryogene Kühlung, während QCLs bei Raumtemperatur arbeiten, was sie ideal für Anwendungen macht, die diesen Frequenzbereich benötigen. Durch die Bereitstellung hoher optischer Leistungen eignen sie sich für Anwendungen mit höherer Energie und liefern einen Dauerstrichmodus (CW) mit sehr stabiler Ausgabe.

Eine relativ einfache Abstimmung der Emissionswellenlänge wird durch Anpassen der Schichtdicke und der Vorspannung erreicht, was sie ideal für spektroskopische Analyseanwendungen macht, die mehrere Wellenlängen erfordern. Sie werden auch für die Umweltüberwachung, medizinische Diagnosesysteme, Fernerkundung und Freiraumkommunikation eingesetzt.

External-Cavity-Diodenlaser (ECDLs)
ECDLs sind ein Geräteformat, das einen externen Hohlraum, normalerweise einen externen Reflektor oder ein Gitter, nutzt, um die Laserleistung zu verstärken und seine Eigenschaften zu steuern. ECDLs ermöglichen im Vergleich zu anderen Formaten des Diodenlasers eine bessere Abstimmbarkeit, eine schmale Linienbreite und eine präzise Wellenlängensteuerung. Sie haben eine ähnliche Struktur wie andere Diodenlaser, mit einem in Durchlassrichtung vorgespannten pn-Übergang und einem aktiven Bereich, in dem Photonen emittiert werden. Der externe Hohlraum wird dem Laser hinzugefügt, um eine optische Rückmeldung zu liefern, die eine präzise Abstimmung der Emissionsfrequenz ermöglicht. Dieser Hohlraum beherbergt einen Reflektor, ein Gitter oder eine andere optische Struktur, die einen Teil des Strahls zurück in den Hohlraum reflektiert.

ECDLs können im Vergleich zu anderen Diodenlasertypen schmalere Linienbreiten ermöglichen. Der externe Hohlraum unterdrückt unerwünschte Längsmoden und optisches Rauschen und sorgt so für eine bessere Kohärenz und einen Strahl mit schmalerer Linienbreite. Diese Geräteklasse ist ideal für Anwendungen, die eine hohe spektrale Reinheit für eine sehr präzise optische Quantisierung erfordern.

ECDLs bieten im Vergleich zu den meisten Diodenlasern eine deutlich verbesserte Wellenlängenabstimmbarkeit. Die Laserwellenlänge kann durch subtile Anpassung der Position oder des Einfallswinkels des externen Reflektors oder Gitters präzise abgestimmt werden. Dies ermöglicht ein breites Spektrum anspruchsvoller Anwendungen in der Spektroskopie, der Atom- und Molekülphysik sowie der Metrologie. Ein Vorteil eines guten Designs im externen Hohlraumresonator besteht darin, dass die Einstellung der Emissionsfrequenz ohne Modensprünge erfolgen kann – das heißt, es können sanfte Anpassungen zwischen gewünschten Wellenlängen vorgenommen werden, ohne asymptotische und störende Schrittänderungen.

Konische Diodenlaser
Konische Diodenlaser (oder konische Verstärker; konische Laser) sind eine Klasse von Lasern mit einem konischen Verstärkungshohlraum. Diese Laser erreichen eine hohe Leistung, eine gute Strahlqualität und einen hohen elektrischen Wirkungsgrad. Dieser verjüngte Bereich ist am Eingangsende breiter und wird zum Ausgangsende hin allmählich schmaler. Diese Verjüngung dient dazu, die Strahlbreite zu vergrößern und die optische Dichte im Laserverstärkungsbereich zu verringern.

Der sich verjüngende Verstärkungsabschnitt ermöglicht eine größere Modenfläche und ermöglicht so eine höhere optische Leistungsextraktion. Es trägt auch dazu bei, die Kollimation der Strahlqualität in der Ausgabe zu verbessern. Die Verjüngung erhöht auch die Effizienz der Nutzung der aufgebrachten Pumpenergie. Ein weiterer Vorteil der Verjüngung besteht in der Vergrößerung des Verstärkungsspektrums, was einen größeren Wellenlängenbereich im Ausgang ermöglicht. Diese Abstimmbarkeit ist ein besonders wertvolles Merkmal der Klasse. Diese Geräte werden häufig in der Materialbearbeitung, Lasergravur und Laserpumpen (für Hochleistungsgas- und Festkörperlaser) eingesetzt. Aufgrund ihrer hohen Leistung und guten Strahlqualität eignen sie sich für anspruchsvolle Anwendungen, bei denen es auf Präzision, Geschwindigkeit und Leistung ankommt.

Superlumineszenzdiodenlaser (SLD).
SLD-Laser (Superlumineszenzdioden), auch bekannt als Amplified Spontane Emission (ASE)-Quellen, sind ein Lasertyp, der die Eigenschaften von Laserdioden und LEDs vereint. Sie erzeugen Breitbandlicht mit hoher Intensität und eignen sich daher für bestimmte Anwendungen in der Bildgebung, faseroptischen Sensorik und Telekommunikation. SLD-Laser erzeugen inkohärentes Licht durch verstärkte spontane Emission. Diese Geräte erzeugen eine große Lichtbandbreite im Bereich von mehreren zehn bis Hunderten von Nanometern, wodurch sich SLDs für Anwendungen eignen, die einen großen Spektralbereich oder eine hochauflösende Bildgebung erfordern. SLD liefert eine sehr helle Leistung, die ein Maß für die optische Leistung pro Raumwinkeleinheit und Wellenlängenbandbreite ist. Die hohe Helligkeit resultiert aus verstärkter spontaner Emission und optischer Verstärkung. Ihre Leistung weist im Vergleich zu herkömmlichen Lasern eine kurze Kohärenzlänge auf. Dies ist die Distanz, über die die elektromagnetischen Wellen ihre Phasenbeziehung beibehalten. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen, die eine Interferenz mit geringer Kohärenz oder eine tiefenaufgelöste Bildgebung erfordern. SLDs werden in der optischen Kohärenztomographie (OCT), der faseroptischen Sensorik, der Spektroskopie, der biomedizinischen Bildgebung, der optischen Messtechnik und optischen Tests eingesetzt. Besonders wertvoll sind sie in OCT-Systemen zur hochauflösenden Bildgebung biologischer Gewebe und Materialien.

Doppelte Heterostrukturlaser
Doppelheterostrukturlaser (DH) sind ein Zweig der Laserdiodenfamilie, der eine Heterostruktur integriert, die die Leistung der Technologie verbessert. DH-Laser haben im Vergleich zur herkömmlichen Homojunction-Konstruktion einen niedrigeren Schwellenstrom, einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Ausgangsleistung.

DH-Laser bestehen aus zwei pn-Übergängen, die in drei Schichten gebildet sind. Die Verarmungszone (die mittlere Schicht vom n-Typ) ist zwischen zwei Schichten vom p-Typ mit einer größeren Bandlücke gekoppelt. Diese Konfiguration sorgt für einen effizienten Einschluss der Träger und einen leckagefreien optischen Modus, wodurch der elektrische Wirkungsgrad und die Gesamtleistung erhöht werden. Eine erhöhte Trägerbeschränkung trägt dazu bei, die Trägerdichte und Rekombination zu erhöhen, was in den meisten Aspekten zu einer höheren Verstärkung und einer verbesserten Betriebseffizienz führt. Ein zweiter Vorteil besteht darin, dass die Heterostruktur einen optischen Einschluss induziert und so die Licht-Materie-Wechselwirkung verstärkt. Der niedrigere Schwellenstrom resultiert aus einem geringeren Ladungsträgerverlust, wodurch der Laser den Schwellenwert für den Beginn des Laserns bei niedrigeren Stromstärken erreichen kann.

Diese Geräte werden häufig in der Telekommunikation, in optischen Datengeräten, beim Laserdruck und in lasergestützten Messsystemen eingesetzt. Sie sind besonders wertvoll bei der faseroptischen Fernkommunikation, bei der ein hoher Wirkungsgrad, niedrige Schwellenströme und eine hohe Leistung von Vorteil sind.

Quantentopf-Diodenlaser
Quantentopf-Diodenlaser sind eine Familie von Geräten, die gute Quantenstrukturen enthalten, die die optischen/elektrischen Eigenschaften verbessern. Im Vergleich zu einfacheren Geräten erreichen sie einen niedrigeren Schwellenstrom, eine höhere Leistungseffizienz und eine verbesserte Wellenlängensteuerung. Diese Geräte bestehen aus einer Schichtstruktur dünner Halbleiterwafer mit geringerer Bandlücke, die von Schichten mit höherer Bandlücke umgeben sind. Die Quantentopfschicht schafft einen Einschlussbereich sowohl für Träger als auch für erzeugte Photonen und verbessert so die optische Verstärkung. Die eingeschlossenen Träger erreichen eine höhere Dichte im Quantentopfbereich, was eine verbesserte Nutzung der Träger für die stimulierte Emission ermöglicht, was zu einer verbesserten Leistungsumwandlungseffizienz führt. Sie ermöglichen eine präzise Steuerung der erzeugten Wellenlänge durch Anpassung der Wellbreite und -zusammensetzung. Dadurch kann die Emissionswellenlänge präzise auf anspruchsvolle Spezifikationen abgestimmt werden.

Quantentopf-Diodenlaser sind bekannt für ihre schmale Linienbreite. Die Unterdrückung der Longitudinalmodenkonkurrenz und das reduzierte optische Rauschen führen zu einer besseren Kohärenz und einem engeren Spektralverhalten. Dieses Geräteformat ist besonders vorteilhaft in der Telekommunikation, der optischen Datenspeicherung, dem Laserdruck und der medizinischen Diagnostik. Kompakte und effiziente Strahlungsquellen für die Glasfaserkommunikation sind bei Glasfasern mit hoher Bandbreite und über große Entfernungen von entscheidender Bedeutung.

Single-Longitudinal-Mode-Laser (SLM)-Laser
Single-Longitudinal-Mode-Laser (SLM) emittieren Licht, um eine Ausgabe mit einer einzigen Frequenz oder Wellenlänge mit hoher Kohärenz und schmaler Linienbreite zu erzeugen. SLM-Laser wenden verschiedene Techniken wie Modeauswahlelemente, Frequenzstabilisierungsmethoden und Optimierung des Hohlraumdesigns an, um diese Singlemode-Ausgabe zu erzielen. Durch die Unterdrückung störender Longitudinalmoden wird eine hochkohärente Ausgabe mit einem schmalen Frequenzspektrum erzeugt.

SLM-Laser werden aufgrund ihrer hohen Kohärenz, präzisen Wellenlängensteuerung und schmalen Linienbreite in verschiedenen Bereichen wie Telekommunikation, faseroptischer Sensorik, Messtechnik, Spektroskopie und Interferometrie sowie als Forschungswerkzeuge eingesetzt.

Interband-Kaskadenlaser
Interband-Kaskadenlaser (ICLs) arbeiten am Interbandübergang zwischen verschiedenen elektronischen Bändern innerhalb der aktiven Region. Sie bieten einen effizienten und leistungsstarken Betrieb im mittleren Infrarot-Wellenlängenspektrum. ICLs profitieren von Interbandübergängen zwischen Energiebändern innerhalb jedes Wafers und nutzen kaskadierte Übergänge zwischen mehreren Stufen/Quantentöpfen, um eine verbesserte optische Verstärkung und Laseremission zu erreichen. Herkömmliche Diodenlaser basieren auf begrenzteren Intrabandübergängen. Sie sind im Allgemeinen darauf ausgelegt, Strahlung im mittleren Infrarotwellenlängenbereich zwischen 3 und 12 Mikrometern zu erzeugen. Mehrere Quantentopfstufen sind in einer Kaskadenkonfiguration elektrisch verbunden. Jede Stufe ist am Verstärkungsprozess beteiligt, was zu einer höheren optischen Verstärkung führt als bei Einzelverbindungsgeräten.

ICLs liefern einen besonders niedrigen Schwellenstrom für den Laserbeginn. Ein effizienterer Trägertransport und eine effizientere Nutzung führen zu einem geringeren Stromverbrauch. ICLs werden zur Gaserkennung, chemischen Analyse, Umweltüberwachung, industriellen Prozesskontrolle und optischen Freiraumkommunikation eingesetzt. Strahlung im mittleren Infrarotbereich eignet sich zur Erkennung und Messung spezifischer Schadstoffe.

Separate Confinement-Heterostrukturlaser
Separate Confinement-Heterostrukturlaser (SCH) verwenden ein Heterostrukturdesign, um die optischen und elektrischen Eigenschaften zu verbessern. Dies führt im Vergleich zu herkömmlichen Homojunction-Lasern zu geringeren optischen Verlusten, einer verbesserten Trägereingrenzung und einer verbesserten Gesamtleistung. SCH-Laser integrieren mehrere Wafer mit unterschiedlichen Bandlücken, um eine komplexere Heterostruktur zu bilden. Die Verarmungsschicht ist von Schichten mit größerer Bandlücke umgeben. Diese Komplexität ermöglicht eine verbesserte Eingrenzung sowohl von Trägern als auch von optischen Modi.

Ein verbesserter Einschluss und eine verringerte optische Leckage resultieren daraus, dass die Mantelschichten sowohl optische als auch Ladungsträgeraktivität innerhalb des aktiven Bereichs einfangen. Eine verringerte Trägerleckage trägt insbesondere zu einem verbesserten Schwellenstrom und einem verbesserten elektrischen Wirkungsgrad bei. Dies wiederum steigert die Leistung im Vergleich zu Homojunction-Lasern durch eine verbesserte Temperaturstabilität, eine höhere Modulationsbandbreite und eine temperaturabhängige Wellenlängendrift. SCH-Laser sind besonders nützlich bei Anwendungen, die Effizienz und Temperaturstabilität erfordern. Sie eignen sich für allgemeine Anwendungen wie Telekommunikation, optische Datenspeicherung, Laserdruck, optische Sensorik und laserbasierte Forschung, eignen sich jedoch besonders für rauere Umgebungen und Glasfaserkommunikationssysteme.

Laser mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR).
Geräte mit verteiltem Bragg-Reflektor (DBR) sind Geräte, die einen verteilten Bragg-Reflektor enthalten, der in den Verstärkungshohlraum integriert ist. Dieser Aspekt ermöglicht eine präzise Steuerung der emittierten Frequenz und eine enge Filterung für eine gute spektrale Reinheit und Auswahl. Das Bragg-Gitter besteht aus abwechselnden Schichten von Materialien mit hohem und niedrigem Brechungsindex, die als wellenlängenselektiver Spiegel fungieren. Diese Struktur reflektiert Licht aller nicht ausgewählten Wellenlängen und ermöglicht gleichzeitig die Ausbreitung der gewünschten Strahlung durch den Verstärkungshohlraum. Diese Struktur sorgt für eine präzise Wellenlängenselektivität, und durch Anpassen der Gitterperiode oder der Brechungsindexpaare kann die emittierte Wellenlänge über einen bestimmten Bereich abgestimmt werden. Dies erleichtert die Anpassung und Kompatibilität mit einer Reihe von Anwendungen, einschließlich Wellenlängenmultiplexsystemen (WDM) und optischer Kohärenztomographie (OCT).

DBR-Laser liefern aufgrund der verteilten Rückkopplung des Bragg-Gitters eine Ausgabe mit schmaler Linienbreite. Das Gitter unterdrückt unerwünschte Longitudinalmoden und führt zu einer Singlemode-Emission mit schmaler spektraler Breite. Diese Geräte liefern vorteilhafte, hohe Nebenmodus-Unterdrückungsverhältnisse (HSMSR), die den Leistungsunterschied zwischen dem gewünschten Lasermodus und den benachbarten Modi darstellen und ein Maß für Selektivität, spektrale Reinheit und schmale Linienbreite bieten.

DBR-Laser werden in der Telekommunikation, faseroptischen Sensorik, Spektroskopie, Messtechnik und optischen Kohärenztomographie eingesetzt. Sie werden als präzise und stabile Lichtquellen in verschiedenen Systemen eingesetzt, die spezifische Wellenlängen, schmale Linienbreiten und hohe spektrale Reinheit erfordern.

Oberflächenemittierende Laser mit vertikalem Außenresonator
Vertikal-externe oberflächenemittierende Laser (VECSELs) sind eine spezielle Art von Lasergeräten, die die vorteilhaften Eigenschaften sowohl von oberflächenemittierenden Lasern mit vertikalem Resonator (VCSELs) als auch von Diodenlasern mit externem Resonator (ECDLs) kombinieren. Dies führt zu einzigartigen Eigenschaften wie hoher Ausgangsleistung, Wellenlängenabstimmbarkeit und hervorragender Strahlqualität.

Bei VECSELs ist der Laserhohlraum vertikal ausgerichtet, sodass Licht senkrecht zur Chipoberfläche emittiert wird. Dieses vertikale Design ermöglicht eine effiziente Wärmeableitung und eine präzise Steuerung des emittierten Strahls. Ihre äußere Hohlraumkonfiguration besteht aus zusätzlichen reflektierenden Oberflächen, die außerhalb der Chipstruktur platziert sind. Dies ermöglicht Wellenlängensteuerung, Strahlformung und Leistungsskalierung. VECSELs können eine höhere Ausgangsleistung als VCSELs liefern, da die Konfiguration des externen Hohlraums die Wärmeableitung verbessert. Eine präzise Wellenlängenabstimmbarkeit über einen breiten Spektralbereich wird durch Ändern der Position der externen Hohlraumspiegel oder Anpassen der Betriebstemperatur des Geräts erreicht. Durch die präzisionsgefertigte Verwendung externer Hohlräume erzielen VECSELs eine hochwertige Ausgabe mit geringem Divergenzwinkel und gleichmäßigem Strahlprofil.

VECSELs werden in der wissenschaftlichen Forschung, Materialverarbeitung, medizinischen Diagnostik, optischen Sensorik und Telekommunikation eingesetzt. Sie dienen Präzisionsanwendungen wie Laserspektroskopie, Laserkühlung und Einfangen/Manipulation von Atomen, Laserablation und optische Kommunikation mit hoher Datenrate.

Multi-Longitudinal-Mode-Laser (MLM).
Multi-Longitudinal-Mode-Laser (MLM) bieten die ungewöhnliche Möglichkeit, in mehreren eng beieinander liegenden, aber schmalen Frequenzbändern über ein relativ breites Spektrum zu emittieren. Die Longitudinalmoden in MLM-Lasern haben einen engen Abstand. Der Abstand hängt von der funktionalen Gestaltung des Resonanzhohlraums wie seiner Länge und dem Brechungsindex des Lasermediums ab. Ihr breites Emissionsspektrum ist auf das Vorhandensein dieser mehreren Moden zurückzuführen. Die spektrale Breite und Verteilung der Moden ergibt sich aus der Gestaltung des Hohlraums und des Übergangs sowie aus den Betriebsbedingungen.

MLM-Laser werden in der Spektroskopie, Messtechnik, Interferometrie und Telekommunikation eingesetzt. Sie sind insbesondere für die optische Kohärenztomographie (OCT) anwendbar, bei der durch die Interferenz der mehreren Longitudinalmoden eine hochauflösende Bildgebung möglich ist.

Anwendung der Diodenlasermaschine

So warten Sie eine Diodenlasermaschine

Wie funktioniert ein Diodenlaser?

Diodenlaser stimulieren die Emission von Photonen an einem Halbleiterübergang. Das Halbleitermaterial verfügt über spezifische Energiebandlücken, die die Erzeugung und Verstärkung kohärenten Lichts auslösen. Eine Diode besteht aus einem pn-Übergang. Der n-Typ-Bereich erzeugt einen Überschuss an negativ geladenen Ladungsträgern (Elektronen), während der p-Typ-Bereich einen Überschuss an positiv geladenen Ladungsträgern (Löchern) erzeugt. Die Verbindung bildet einen Verarmungsbereich zwischen den beiden Materialien. Wenn eine Vorwärtsvorspannung (+ve an das p-Material und -ve an das n-Material) an den Übergang angelegt wird, fließt Strom. Dadurch bewegen sich Ladungsträger über den Übergang. Elektronen aus dem n-Bereich und Löcher aus dem p-Bereich werden in den Verarmungsbereich injiziert. Diese treffen aufeinander und neutralisieren sich, wobei für jede aufgehobene Ladung ein Photon freigesetzt wird.

Der Diodenlaser ist an den Enden mit reflektierenden Oberflächen ausgestattet, die einen „optischen Hohlraum“ bilden. Die Photonen werden intern reflektiert und die optische Rückkopplung verstärkt die stimulierten Emissionen und führt zu schmalbandigem, kohärentem Licht. Eine stimulierende Emission tritt auch auf, wenn ein Photon mit einem angeregten Elektron interagiert und dieses dazu veranlasst, ein weiteres Photon auszusenden. Diese zusätzlichen Photonen sind mit dem auslösenden Photon identisch und führen zu einer Verstärkung. Wenn die stimulierte Emission anhält und Photonen im Hohlraum reflektiert werden, nimmt die Intensität der Laserenergie zu.