เครื่องเลเซอร์ไดโอด

ประเภทของเครื่องเลเซอร์ไดโอด

เลเซอร์ไดโอดเปล่งแสงที่ขอบ
เลเซอร์ไดโอดเปล่งแสงที่ขอบจะปล่อยแสงเลเซอร์จากขอบของชิปเซมิคอนดักเตอร์ พวกมันเปล่งแสงขนานกับพื้นผิวชิป เลเซอร์ไดโอดเปล่งแสงที่ขอบเกิดขึ้นจากชิปที่ทำจากแกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs), อินเดียมฟอสไฟด์ (InP) หรือแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ชิปประกอบด้วยสองชั้น (หรือมากกว่า) ชั้น รวมถึงบริเวณประจุพร่อง (แอคทีฟ) ที่จุดเชื่อมต่อ pn ซึ่งเป็นจุดที่เอฟเฟกต์เลเซอร์เกิดขึ้น

ไดโอดเปล่งแสงที่ขอบสามารถให้ระดับพลังงานแสงสูงได้ ตั้งแต่มิลลิวัตต์ไปจนถึงสิบวัตต์หรือมากกว่า อีกทั้งยังแสดงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่สูงกว่าทั่วไป เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์และเลเซอร์ไดโอดประเภทอื่นๆ ส่วนใหญ่ เลเซอร์เหล่านี้ถูกใช้ในสาขาส่วนใหญ่: โทรคมนาคม การจัดเก็บข้อมูลด้วยแสง การสแกนบาร์โค้ด การพิมพ์ด้วยเลเซอร์ การตรวจจับด้วยแสง อุปกรณ์ทางการแพทย์ และระบบเลเซอร์ทางอุตสาหกรรม

เลเซอร์ไดโอดเปล่งแสงพื้นผิวช่องแนวตั้ง (VCSED)
อุปกรณ์ VCSED มักเรียกว่าเลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวช่องแนวตั้ง (VCSEL) เหล่านี้เป็นคลาสไดโอดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ปล่อยแสงเลเซอร์ที่ตั้งฉากกับพื้นผิวของชิปผ่านพื้นผิวด้านบนของชิป VCSEL ถูกสร้างขึ้นจากชิปจุดเชื่อมต่อ pn ที่มีช่องแนวตั้ง ซึ่งประกอบด้วยกระจกสะท้อนแสง Bragg สองตัวแบบกระจาย บริเวณที่ทำงานซึ่งแสงเกิดจากการยกเลิกการชาร์จ จะอยู่ตรงกลางระหว่างกระจกเหล่านี้ โดยทั่วไปเลเซอร์ประเภทนี้จะเติมพื้นที่แอคทีฟด้วยหลุมควอนตัมหรือโครงสร้างที่กระตุ้นให้เกิดเกนที่คล้ายกัน แสงจะถูกปล่อยออกมาในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวของชิปเป็นลำแสงวงกลมหรือวงรีที่มีโปรไฟล์ที่ชัดเจนและสมมาตร โปรไฟล์ลำแสงนี้ตอบสนองต่อการคอลลิเมชันได้ดี โดยมีความเบี่ยงเบนค่อนข้างต่ำ

อุปกรณ์เหล่านี้มีข้อดีมากกว่าเลเซอร์ไดโอดเปล่งแสงที่ขอบหลายประการ กระแสไฟเกณฑ์ต่ำ ทำให้มีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าสูงที่ระดับพลังงานต่ำ อุปกรณ์เหล่านั้นที่มีโปรไฟล์ลำแสงแบบวงกลมเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมต่อกับไฟเบอร์ออปติก ข้อได้เปรียบที่สำคัญของ VCSEL คือสามารถผลิตได้ในระดับเวเฟอร์ ส่งผลให้ต้นทุนการผลิตลดลงและความสม่ำเสมอที่สูงกว่าอุปกรณ์ที่สร้างขึ้นแยกกัน

เลเซอร์ VCSED มีไว้เพื่อปล่อยช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ช่วงกลางถึงอินฟราเรดใกล้ และยังมีแสงที่มองเห็นได้ด้วย ความยาวคลื่นของเอาต์พุตเป็นผลมาจากการเลือกใช้วัสดุ การออกแบบจุดเชื่อมต่อ และรูปแบบช่องเรโซแนนซ์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายใน: เครือข่ายใยแก้วนำแสง การเชื่อมต่อระหว่างกันด้วยแสง และระบบการส่งข้อมูลความเร็วสูง นอกจากนี้ยังใช้ในการตรวจจับ 3 มิติสำหรับการจดจำใบหน้าและการตรวจจับเชิงลึกในอุปกรณ์เคลื่อนที่ และในแอปพลิเคชันด้านแสงและการตรวจจับทั่วไป เช่น เมาส์แบบออปติคัล เครื่องพิมพ์เลเซอร์ และเครื่องสแกน 3 มิติ

เลเซอร์แบบ Distributed Feedback (DFB)
เลเซอร์ DFB (ข้อเสนอแนะแบบกระจาย) มีโครงสร้างคล้ายกับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ อย่างไรก็ตาม การรวมโครงสร้างตะแกรงเป็นระยะภายในบริเวณแอคทีฟหรือท่อนำคลื่นภายนอก ถือเป็นลักษณะเฉพาะของคลาสนี้ ตะแกรงป้อนกลับแบบกระจายประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะในดัชนีการหักเหของบริเวณท่อนำคลื่น ส่งผลให้เกิดการปรับโปรไฟล์เกนเป็นระยะ สิ่งนี้ทำหน้าที่เป็นกลไกป้อนกลับ โดยบังคับให้มีการป้อนกลับ/การขยายด้วยแสงที่ความยาวคลื่นที่เลือก ขณะเดียวกันก็ระงับโหมดอื่นๆ ซึ่งหมายความว่าอุปกรณ์เหล่านี้ผลิตแสงที่ความยาวคลื่นเฉพาะโดยมีความบริสุทธิ์ทางสเปกตรัมสูงและมีเส้นตรงแคบ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกที่มีอัตราข้อมูลสูง การตรวจจับ และแอปพลิเคชันสเปกโทรสโกปีและมาตรวิทยาความละเอียดสูงต่างๆ

เลเซอร์ DFB ยังสามารถออกแบบมาเพื่อการปรับความยาวคลื่นภายในช่วงที่จำกัด ซึ่งเป็นผลมาจากการปรับอุณหภูมิ การปรับกระแส หรือกลไกป้อนกลับภายนอกที่ช่วยให้สามารถปรับดัชนีการหักเหของแสงได้

เลเซอร์ควอนตัมคาสเคด (QCL)
เลเซอร์ควอนตัมคาสเคด (QCL) ใช้การเปลี่ยนควอนตัมคาสเคดระหว่างระดับพลังงานภายในจุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์หลายจุดเป็นแหล่งเลเซอร์ QCL ถูกสร้างขึ้นจากหลุมควอนตัมหลายแห่ง โดยมีสิ่งกีดขวางที่เกิดจากชั้นเซมิคอนดักเตอร์ของแถบแบนด์ต่างๆ เมื่อใช้กระแสไบแอสไปข้างหน้า อิเล็กตรอนและรูจะเดินทางผ่านระดับพลังงานเชิงปริมาณหลายระดับ ทำให้เกิดโฟตอนได้อย่างมีประสิทธิภาพในแต่ละช่วงการเปลี่ยนภาพ พวกมันให้การแผ่รังสีในบริเวณอินฟราเรดกลางและเทราเฮิร์ตซ์ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าและสามารถปล่อยความยาวคลื่นที่หลากหลายภายในภูมิภาคเหล่านี้ เทคโนโลยีเลเซอร์อินฟราเรดกลางส่วนใหญ่ต้องการการระบายความร้อนด้วยความเย็น ในขณะที่ QCL ทำงานที่อุณหภูมิห้อง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการช่วงความถี่นี้ การให้พลังงานแสงในระดับสูงทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีพลังงานสูงกว่า โดยให้โหมดคลื่นต่อเนื่อง (CW) พร้อมเอาต์พุตที่เสถียรมาก

การปรับความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาค่อนข้างง่ายทำได้โดยการปรับความหนาของชั้นและแรงดันไบแอส ทำให้เหมาะสำหรับการวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปีที่ต้องการความยาวคลื่นหลายระดับ นอกจากนี้ยังใช้สำหรับการตรวจสอบสภาพแวดล้อม ระบบวินิจฉัยทางการแพทย์ การสำรวจระยะไกล และการสื่อสารในพื้นที่ว่าง

เลเซอร์ไดโอดช่องภายนอก (ECDL)
ECDL เป็นรูปแบบของอุปกรณ์ที่ใช้ช่องภายนอก ซึ่งโดยปกติจะเป็นตัวสะท้อนแสงหรือตะแกรงภายนอก เพื่อขยายเอาต์พุตเลเซอร์และควบคุมคุณลักษณะของมัน ECDL ช่วยเพิ่มความสามารถในการปรับแต่ง ความกว้างของเส้นที่แคบ และการควบคุมความยาวคลื่นที่แม่นยำ เมื่อเทียบกับเลเซอร์ไดโอดรูปแบบอื่นๆ พวกมันมีโครงสร้างคล้ายกับเลเซอร์ไดโอดอื่นๆ โดยมีจุดเชื่อมต่อ pn แบบเอนเอียงไปข้างหน้าและบริเวณแอคทีฟที่โฟตอนถูกปล่อยออกมา ช่องภายนอกถูกเพิ่มเข้าไปในเลเซอร์เพื่อให้ข้อเสนอแนะทางแสงที่ช่วยให้สามารถปรับความถี่การปล่อยได้อย่างแม่นยำ ช่องนี้มีตัวสะท้อนแสง ตะแกรง หรือโครงสร้างทางแสงอื่นๆ ที่สะท้อนสัดส่วนของลำแสงกลับเข้าไปในช่อง

ECDL ช่วยให้เส้นมีความกว้างแคบลงได้ เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์ไดโอดประเภทอื่นๆ ช่องภายนอกจะระงับโหมดตามยาวและสัญญาณรบกวนทางแสงที่ไม่ต้องการ ทำให้มีความสอดคล้องกันดีขึ้นและมีลำแสงที่มีความกว้างเป็นเส้นแคบลง อุปกรณ์ประเภทนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการความบริสุทธิ์ทางสเปกตรัมสูงเพื่อการวัดปริมาณแสงที่แม่นยำมาก

ECDL ให้ความสามารถในการปรับความยาวคลื่นที่ดีขึ้นอย่างมาก เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์ไดโอดส่วนใหญ่ สามารถปรับความยาวคลื่นเลเซอร์ได้อย่างแม่นยำโดยการปรับตำแหน่งหรือมุมตกกระทบของตัวสะท้อนแสงหรือตะแกรงภายนอกอย่างละเอียด ซึ่งช่วยให้สามารถประยุกต์ใช้กับสเปกโทรสโกปี ฟิสิกส์อะตอมและโมเลกุล และมาตรวิทยาได้อย่างหลากหลาย ข้อดีของการออกแบบที่ดีในช่องเรโซแนนซ์ภายนอกคือ การปรับความถี่ที่ปล่อยออกมาสามารถเป็นแบบโหมดฮอปได้ กล่าวคือ การปรับที่ราบรื่นสามารถทำได้ระหว่างความยาวคลื่นที่ต้องการ โดยไม่ต้องเปลี่ยนขั้นตอนซีมโทติกและรบกวน

เลเซอร์ไดโอดเรียว
เลเซอร์ไดโอดแบบเรียว (หรือแอมพลิฟายเออร์แบบเรียว เลเซอร์แบบเรียว) เป็นเลเซอร์ประเภทหนึ่งที่มีช่องขยายแบบเรียว เลเซอร์เหล่านี้ให้กำลังขับสูง คุณภาพลำแสงดี และประสิทธิภาพทางไฟฟ้าสูง บริเวณที่เรียวนี้จะกว้างขึ้นที่ปลายอินพุต และค่อยๆ แคบลงไปที่ปลายเอาต์พุต การเรียวนี้ทำหน้าที่เพิ่มความกว้างของลำแสงและลดความหนาแน่นของแสงในพื้นที่ขยายสัญญาณเลเซอร์

ส่วนการขยายเสียงแบบเรียวช่วยเพิ่มพื้นที่โหมด ทำให้สามารถแยกพลังงานแสงได้มากขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยปรับปรุงคุณภาพลำแสงในเอาต์พุตอีกด้วย ความเรียวยังเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของปั๊มที่ใช้อีกด้วย ข้อดีอีกประการหนึ่งของเทเปอร์คือการเพิ่มสเปกตรัมเกน ซึ่งช่วยให้ช่วงความยาวคลื่นในเอาท์พุตกว้างขึ้น ความสามารถในการปรับแต่งนี้เป็นคุณลักษณะที่มีค่าอย่างยิ่งของคลาสนี้ อุปกรณ์เหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการประมวลผลวัสดุ การแกะสลักด้วยเลเซอร์ และการปั๊มด้วยเลเซอร์ (สำหรับก๊าซกำลังสูงและเลเซอร์โซลิดสเตต) กำลังสูงและคุณภาพลำแสงที่ดีทำให้เหมาะกับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำ ความเร็ว และกำลังสูง

เลเซอร์ไดโอดเรืองแสง (SLD)
เลเซอร์ SLD (ไดโอดเปล่งแสงพิเศษ) หรือที่รู้จักกันในชื่อแหล่งกำเนิดการปล่อยก๊าซธรรมชาติแบบขยาย (ASE) เป็นเลเซอร์ประเภทหนึ่งที่ผสานคุณสมบัติของเลเซอร์ไดโอดและ LED ผลิตแสงสเปกตรัมกว้างที่มีความเข้มสูง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานเฉพาะในด้านการถ่ายภาพ การตรวจจับด้วยไฟเบอร์ออปติก และโทรคมนาคม เลเซอร์ SLD สร้างแสงที่ไม่ต่อเนื่องกันผ่านการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเองแบบขยาย อุปกรณ์เหล่านี้ผลิตแบนด์วิธแสงที่กว้าง ตั้งแต่สิบถึงหลายร้อยนาโนเมตร ทำให้ SLD เหมาะกับการใช้งานที่ต้องใช้ช่วงสเปกตรัมกว้างหรือการถ่ายภาพที่มีความละเอียดสูง SLD ให้เอาต์พุตที่สว่างมาก ซึ่งเป็นหน่วยวัดกำลังแสงต่อมุมโซลิดหน่วยและแบนด์วิดท์ความยาวคลื่นในหน่วย ความสว่างสูงเป็นผลมาจากการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเองและการขยายแสงแบบขยาย ผลลัพธ์มีความยาวการเชื่อมโยงกันสั้นเมื่อเทียบกับเลเซอร์ทั่วไป นี่คือระยะทางที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ารักษาความสัมพันธ์ระหว่างเฟสไว้ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการรบกวนที่มีความสอดคล้องกันต่ำหรือการถ่ายภาพที่มีความละเอียดเชิงลึก SLD ถูกนำมาใช้ในการตรวจเอกซเรย์เชื่อมโยงกันด้วยแสง (OCT), การตรวจจับด้วยไฟเบอร์ออปติก, สเปกโทรสโกปี, การสร้างภาพทางชีวการแพทย์, มาตรวิทยาเชิงแสง และการทดสอบทางแสง พวกมันมีคุณค่าอย่างยิ่งในระบบ OCT สำหรับการถ่ายภาพเนื้อเยื่อและวัสดุทางชีวภาพที่มีความละเอียดสูง

เลเซอร์โครงสร้างเฮเทอโรโครงสร้างคู่
เลเซอร์โครงสร้างเฮเทอโรโครงสร้างคู่ (DH) เป็นสาขาหนึ่งของตระกูลเลเซอร์ไดโอดที่รวมโครงสร้างเฮเทอโรที่ปรับปรุงประสิทธิภาพของเทคโนโลยี เลเซอร์ DH มีกระแสไฟเกณฑ์ที่ต่ำกว่า ประสิทธิภาพสูงกว่า และกำลังเอาต์พุตที่เพิ่มขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างการเชื่อมต่อแบบโฮโมจังค์ชันทั่วไป

เลเซอร์ DH ประกอบขึ้นจากจุดเชื่อมต่อ pn สองจุดที่สร้างเป็นสามชั้น โซนการพร่อง (ชั้นกลาง, ชั้น n-type) เชื่อมต่อกันระหว่างชั้น p-type 2 ชั้นพร้อม bandgap ที่กว้างกว่า การกำหนดค่านี้สร้างการจำกัดพาหะที่มีประสิทธิภาพและโหมดออปติคอลที่ปราศจากการรั่วไหล ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและประสิทธิภาพโดยรวม การกักขังพาหะที่เพิ่มขึ้นจะช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพาหะและการรวมตัวกันใหม่ ซึ่งนำไปสู่การได้รับที่สูงขึ้นและปรับปรุงประสิทธิภาพการดำเนินงานในหลายๆ ด้าน ประโยชน์ประการที่สองคือโครงสร้างแบบเฮเทอโรโครงสร้างทำให้เกิดการจำกัดทางแสง ซึ่งช่วยเพิ่มปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงกับสสาร กระแสไฟเกณฑ์ที่ต่ำกว่าเป็นผลมาจากการรั่วไหลของตัวพาประจุที่ลดลง ทำให้เลเซอร์สามารถเข้าถึงเกณฑ์สำหรับการเริ่มต้นเลเซอร์ที่ระดับกระแสไฟต่ำลง

อุปกรณ์เหล่านี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในโทรคมนาคม อุปกรณ์ข้อมูลแบบออปติคัล การพิมพ์ด้วยเลเซอร์ และระบบการวัดที่ใช้เลเซอร์ สิ่งเหล่านี้มีคุณค่าอย่างยิ่งในการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกระยะไกล ซึ่งมีประโยชน์อย่างมาก ประสิทธิภาพสูง กระแสกระแสต่ำ และเอาต์พุตสูง

เลเซอร์ไดโอดควอนตัมหลุม
เลเซอร์ไดโอดควอนตัมหลุมเป็นตระกูลอุปกรณ์ที่มีโครงสร้างควอนตัมดีซึ่งช่วยเพิ่มคุณสมบัติทางแสง/ทางไฟฟ้า โดยบรรลุเกณฑ์กระแสที่ต่ำกว่า ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงขึ้น และการควบคุมความยาวคลื่นที่ได้รับการปรับปรุง โดยสัมพันธ์กับอุปกรณ์พื้นฐานอื่นๆ อุปกรณ์เหล่านี้สร้างขึ้นจากโครงสร้างแบบชั้นของเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์บางที่มีแถบแบนด์ที่แคบกว่า และห่อหุ้มอยู่ในชั้นแถบแบนด์ที่สูงกว่า ชั้นหลุมควอนตัมสร้างพื้นที่จำกัดสำหรับทั้งตัวพาและโฟตอนที่สร้างขึ้น ซึ่งปรับปรุงการขยายสัญญาณทางแสง พาหะแบบจำกัดมีความหนาแน่นสูงขึ้นในบริเวณหลุมควอนตัม ซึ่งช่วยให้ใช้พาหะได้ดีขึ้นเพื่อกระตุ้นการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ส่งผลให้ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานดีขึ้น ช่วยให้สามารถควบคุมความยาวคลื่นที่สร้างขึ้นได้อย่างแม่นยำ โดยการปรับความกว้างและองค์ประกอบของหลุม ช่วยให้สามารถปรับความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาตามข้อกำหนดเฉพาะที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ

เลเซอร์ไดโอดควอนตัมหลุมมีชื่อเสียงในด้านเอาท์พุตที่มีความกว้างของเส้นแคบ การปราบปรามการแข่งขันในโหมดตามยาวและลดสัญญาณรบกวนทางแสงส่งผลให้มีความสอดคล้องกันดีขึ้นและมีพฤติกรรมทางสเปกตรัมที่แคบลง อุปกรณ์รูปแบบนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในด้านโทรคมนาคม การจัดเก็บข้อมูลด้วยแสง การพิมพ์ด้วยเลเซอร์ และการวินิจฉัยทางการแพทย์ แหล่งกำเนิดรังสีที่มีขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพสำหรับการสื่อสารแบบไฟเบอร์ออปติกมีความสำคัญอย่างยิ่งในแบนด์วิธสูงและไฟเบอร์ออปติกระยะไกล

เลเซอร์เลเซอร์โหมดแนวยาวเดี่ยว (SLM)
เลเซอร์โหมดแนวยาวเดี่ยว (SLM) ปล่อยแสงเพื่อสร้างเอาต์พุตความถี่หรือความยาวคลื่นเดี่ยวที่มีความสอดคล้องกันสูงและความกว้างของเส้นแคบ เลเซอร์ SLM ใช้เทคนิคต่างๆ เช่น องค์ประกอบการเลือกโหมด วิธีการรักษาเสถียรภาพความถี่ และการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบช่องเพื่อให้ได้เอาต์พุตโหมดเดียวนี้ การปราบปรามโหมดตามยาวที่รบกวนจะสร้างเอาต์พุตที่มีความสอดคล้องกันสูงพร้อมกับสเปกตรัมความถี่แคบ

เลเซอร์ SLM ถูกนำมาใช้ในด้านต่างๆ เช่น โทรคมนาคม การตรวจจับด้วยไฟเบอร์ออปติก มาตรวิทยา สเปกโทรสโกปี และอินเทอร์เฟอโรเมทรี และเป็นเครื่องมือในการวิจัย เนื่องจากมีการเชื่อมโยงกันสูง การควบคุมความยาวคลื่นที่แม่นยำ และเส้นตรงที่แคบ

เลเซอร์น้ำตกระหว่างวง
เลเซอร์คาสเคดระหว่างแถบความถี่ (ICL) ทำงานบนการเปลี่ยนระหว่างแถบความถี่ระหว่างแถบอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ ภายในบริเวณที่ใช้งานอยู่ โดยให้การทำงานที่มีประสิทธิภาพและมีประสิทธิภาพสูงในสเปกตรัมความยาวคลื่นอินฟราเรดกลาง ICL ได้รับประโยชน์จากการเปลี่ยนระหว่างแถบพลังงานระหว่างแถบพลังงานภายในแต่ละเวเฟอร์ โดยใช้ประโยชน์จากการเปลี่ยนแบบเรียงซ้อนระหว่างหลายขั้นตอน/หลุมควอนตัม เพื่อให้ได้อัตราขยายทางแสงและการปล่อยเลเซอร์ที่เพิ่มขึ้น เลเซอร์ไดโอดแบบทั่วไปอาศัยการเปลี่ยนผ่านภายในแถบความถี่ที่จำกัดมากกว่า โดยทั่วไปได้รับการออกแบบให้สร้างรังสีในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดช่วงกลาง ระหว่าง 3 ถึง 12 ไมโครเมตร หลุมควอนตัมหลายขั้นตอนมีการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าในการกำหนดค่าแบบเรียงซ้อน แต่ละขั้นตอนมีส่วนร่วมในกระบวนการเกน ส่งผลให้มีการขยายแสงที่สูงกว่าอุปกรณ์แยกเดี่ยว

ICL ให้กระแสขั้นต่ำที่ต่ำเป็นพิเศษสำหรับการเริ่มต้นเลเซอร์ การขนส่งและการใช้งานของผู้ให้บริการที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นส่งผลให้สิ้นเปลืองพลังงานน้อยลง ICL ถูกนำไปใช้กับการตรวจจับก๊าซ การวิเคราะห์ทางเคมี การตรวจสอบสภาพแวดล้อม การควบคุมกระบวนการทางอุตสาหกรรม และการสื่อสารด้วยแสงในพื้นที่ว่าง รังสีอินฟราเรดกลางมีประโยชน์ในการตรวจจับและตรวจวัดสารมลพิษจำเพาะ

เลเซอร์โครงสร้างเฮเทอโรโครงสร้างแบบกักขังแยกกัน
เลเซอร์โครงสร้างเฮเทอโรโครงสร้างจำกัด (SCH) แบบแยกส่วนใช้การออกแบบโครงสร้างเฮเทอโรเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางแสงและทางไฟฟ้า ซึ่งช่วยลดการสูญเสียการมองเห็น เพิ่มการจำกัดพาหะ และประสิทธิภาพโดยรวมที่ดีขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์โฮโมจังค์ชั่นทั่วไป เลเซอร์ SCH รวมเอาเวเฟอร์หลายตัวเข้ากับแถบความถี่ที่แตกต่างกันเพื่อสร้างโครงสร้างที่แตกต่างที่ซับซ้อนมากขึ้น ชั้นพร่องถูกประกบด้วยชั้น bandgap ที่กว้างกว่า ความซับซ้อนนี้ทำให้สามารถขยายขอบเขตของทั้งพาหะและโหมดออปติคอลได้

การกักขังที่ดีขึ้นและลดการรั่วไหลของแสงเป็นผลมาจากชั้นหุ้มที่ดักจับทั้งกิจกรรมของตัวพาแสงและประจุภายในบริเวณที่ใช้งาน การรั่วไหลของตัวพาที่ลดลงมีส่วนช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพกระแสและไฟฟ้าตามเกณฑ์โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในทางกลับกัน สิ่งนี้จะเพิ่มประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับเลเซอร์โฮโมจังก์ชั่น โดยการปรับปรุงความเสถียรของอุณหภูมิ แบนด์วิธการมอดูเลตที่สูงขึ้น และการเบี่ยงเบนของความยาวคลื่นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เลเซอร์ SCH มีประโยชน์อย่างยิ่งในการใช้งานที่ต้องการประสิทธิภาพและความเสถียรของอุณหภูมิ เหมาะสำหรับการใช้งานทั่วไป เช่น โทรคมนาคม การจัดเก็บข้อมูลด้วยแสง การพิมพ์ด้วยเลเซอร์ การตรวจจับด้วยแสง และการวิจัยด้วยเลเซอร์ แต่เหมาะอย่างยิ่งกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงกว่าและระบบสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก

เลเซอร์กระจายแบร็กรีเฟลกเตอร์ (DBR)
อุปกรณ์ตัวสะท้อน Bragg แบบกระจาย (DBR) คืออุปกรณ์ที่รวมตัวสะท้อน Bragg แบบกระจายที่รวมอยู่ในช่องขยายเสียง ลักษณะนี้ช่วยให้สามารถควบคุมความถี่ที่ปล่อยออกมาและการกรองที่แคบได้อย่างแม่นยำเพื่อความบริสุทธิ์และการเลือกสเปกตรัมที่ดี ตะแกรง Bragg ประกอบด้วยชั้นสลับของวัสดุดัชนีการหักเหของแสงสูงและต่ำซึ่งทำหน้าที่เป็นกระจกเลือกความยาวคลื่น โครงสร้างนี้จะสะท้อนแสงของความยาวคลื่นที่ไม่ได้ถูกเลือกทั้งหมด ในขณะเดียวกันก็ปล่อยให้รังสีที่ต้องการแพร่กระจายผ่านช่องขยายสัญญาณ โครงสร้างนี้ให้การเลือกความยาวคลื่นที่แม่นยำ และโดยการปรับคาบเกรตติงหรือคู่ดัชนีการหักเหของแสง คุณจะสามารถปรับความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาในช่วงต่างๆ ได้ สิ่งนี้อำนวยความสะดวกในการปรับแต่งและความเข้ากันได้กับแอพพลิเคชั่นที่หลากหลาย รวมถึงระบบมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น (WDM) และการตรวจเอกซเรย์การเชื่อมโยงกันด้วยแสง (OCT)

เลเซอร์ DBR ให้เอาต์พุตความกว้างของเส้นที่แคบอันเป็นผลมาจากการป้อนกลับแบบกระจายของตะแกรง Bragg ตะแกรงระงับโหมดตามยาวที่ไม่พึงประสงค์และส่งผลให้เกิดการปล่อยความกว้างสเปกตรัมแคบในโหมดเดียว อุปกรณ์เหล่านี้ให้อัตราส่วนปราบปรามโหมดด้านข้างสูง (HSMSR) ที่เป็นประโยชน์ ซึ่งแสดงถึงความแตกต่างของกำลังระหว่างโหมดเลเซอร์ที่ต้องการและโหมดข้างเคียง ให้การวัดค่าการเลือก ความบริสุทธิ์ของสเปกตรัม และเส้นตรงที่แคบ

เลเซอร์ DBR ใช้ในการโทรคมนาคม การตรวจจับด้วยไฟเบอร์ออปติก สเปกโทรสโกปี มาตรวิทยา และการตรวจเอกซเรย์การเชื่อมโยงกันของแสง พวกมันถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่แม่นยำและเสถียรในระบบต่างๆ ที่ต้องการความยาวคลื่นเฉพาะ ความกว้างของเส้นแคบ และความบริสุทธิ์ของสเปกตรัมสูง

เลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวช่องแนวตั้ง-ภายนอก
เลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวช่องแนวตั้ง (VECSEL) เป็นอุปกรณ์เลเซอร์ประเภทพิเศษที่รวมคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของเลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวช่องแนวตั้ง (VCSEL) และเลเซอร์ไดโอดช่องภายนอก (ECDL) ส่งผลให้เกิดคุณสมบัติพิเศษ เช่น กำลังเอาต์พุตสูง การปรับความยาวคลื่น และคุณภาพลำแสงที่ยอดเยี่ยม

VECSEL มีช่องเลเซอร์ในแนวตั้ง แสงจึงถูกปล่อยออกมาในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวชิป การออกแบบแนวตั้งนี้ช่วยให้กระจายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพและควบคุมลำแสงที่ปล่อยออกมาได้อย่างแม่นยำ โครงสร้างช่องภายนอกถูกสร้างขึ้นจากพื้นผิวสะท้อนแสงเพิ่มเติมที่วางอยู่ด้านนอกโครงสร้างชิป ช่วยให้สามารถควบคุมความยาวคลื่น การสร้างลำแสง และการปรับสเกลกำลังได้ VECSEL มีความสามารถในการให้กำลังเอาต์พุตที่สูงกว่า VCSEL เนื่องจากการกำหนดค่าช่องภายนอกช่วยปรับปรุงการกระจายความร้อน การปรับความยาวคลื่นได้อย่างแม่นยำในช่วงสเปกตรัมกว้างสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนตำแหน่งของกระจกช่องภายนอกหรือการปรับอุณหภูมิการทำงานของอุปกรณ์ ด้วยการใช้ช่องภายนอกที่ออกแบบอย่างแม่นยำ VECSEL จึงสามารถได้ผลลัพธ์คุณภาพสูงที่มีมุมแตกต่างต่ำและโปรไฟล์ลำแสงที่สม่ำเสมอ

VECSEL ใช้ในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ การประมวลผลวัสดุ การวินิจฉัยทางการแพทย์ การตรวจจับด้วยแสง และโทรคมนาคม โดยรองรับการใช้งานที่มีความแม่นยำ เช่น เลเซอร์สเปกโทรสโกปี การระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ และการดักจับ/การจัดการอะตอม การระเหยด้วยเลเซอร์ และการสื่อสารด้วยแสงที่มีอัตราข้อมูลสูง

เลเซอร์โหมดหลายยาว (MLM)
เลเซอร์โหมดหลายยาว (MLM) นำเสนอสิ่งอำนวยความสะดวกที่ผิดปกติในการปล่อยแสงบนคลื่นความถี่แคบ ๆ ที่มีระยะห่างใกล้เคียงกันแต่แคบ ตลอดสเปกตรัมที่ค่อนข้างกว้าง โหมดตามยาวในเลเซอร์ MLM มีระยะห่างที่แคบ ระยะห่างขึ้นอยู่กับการออกแบบการทำงานของช่องเรโซแนนซ์ เช่น ความยาวและดัชนีการหักเหของตัวกลางเลเซอร์ สเปกตรัมการแผ่รังสีที่กว้างเกิดจากการมีโหมดต่างๆ เหล่านี้ ความกว้างสเปกตรัมและการกระจายของโหมดเกิดขึ้นเนื่องจากการออกแบบช่องและทางแยก และจากสภาพการทำงานด้วย

เลเซอร์ MLM ใช้ในสเปกโตรสโกปี มาตรวิทยา อินเทอร์เฟอโรเมทรี และโทรคมนาคม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสามารถใช้ได้กับการตรวจเอกซเรย์เชื่อมโยงกันด้วยแสง (OCT) ซึ่งสามารถถ่ายภาพความละเอียดสูงได้ ซึ่งเป็นผลมาจากการรบกวนของโหมดตามยาวหลายโหมด

การประยุกต์ใช้เครื่องเลเซอร์ไดโอด

วิธีดูแลรักษาเครื่องเลเซอร์ไดโอด

ไดโอดเลเซอร์ทำงานอย่างไร

เลเซอร์ไดโอดทำงานโดยกระตุ้นการปล่อยโฟตอนที่จุดเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์มีแถบพลังงานเฉพาะที่กระตุ้นการสร้างและการขยายแสงที่สอดคล้องกัน ไดโอดประกอบด้วยจุดเชื่อมต่อ pn บริเวณประเภท n สร้างประจุพาหะที่มีประจุลบ (อิเล็กตรอน) มากเกินไป ในขณะที่ประเภท p สร้างประจุพาหะที่มีประจุบวกมากเกินไป (รู) จุดเชื่อมต่อก่อให้เกิดการพร่องระหว่างวัสดุทั้งสอง เมื่อแรงดันไฟฟ้าไบอัสไปข้างหน้า (+ve ถึง p และ -ve ไปยังวัสดุ n) ถูกจ่ายข้ามจุดเชื่อมต่อ กระแสจะไหล ส่งผลให้ผู้ให้บริการชาร์จเคลื่อนตัวข้ามทางแยก อิเล็กตรอนจากบริเวณ n และรูจากบริเวณ p จะถูกฉีดเข้าไปในบริเวณพร่อง สิ่งเหล่านี้ตอบสนองและต่อต้าน โดยปล่อยโฟตอนสำหรับการชาร์จแต่ละครั้งที่ถูกยกเลิก

เลเซอร์ไดโอดได้รับการออกแบบให้มีพื้นผิวสะท้อนแสงที่ปลาย ทำให้เกิดเป็น "ช่องแสง" โฟตอนสะท้อนกลับภายใน และการตอบสนองทางแสงช่วยเพิ่มการปล่อยก๊าซกระตุ้น และส่งผลให้แสงเป็นแถบแคบและสอดคล้องกัน การปล่อยก๊าซกระตุ้นยังเกิดขึ้นเมื่อโฟตอนมีปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้น ทำให้มันปล่อยโฟตอนอีกตัวหนึ่งออกมา โฟตอนที่เพิ่มเติมเหล่านี้เหมือนกับโฟตอนที่กระตุ้น ซึ่งนำไปสู่การขยายสัญญาณ ในขณะที่การปล่อยก๊าซกระตุ้นดำเนินต่อไปและโฟตอนถูกสะท้อนภายในช่อง ความเข้มของพลังงานเลเซอร์จะเพิ่มขึ้น