Porady
Uwaga! Poniższy opis został przetłumaczony automatycznie.
Interesujące fakty na temat diod laserowych
Dioda laserowa jest sercem każdego modułu lasera. Jako ekonomiczne i energooszczędne źródło lasera diody laserowe mogą emitować światło od ultrafioletowego do zakresu podczerwieni i dzięki temu można je stosować w różnych obszarach przemysłowych. W naszym poradnikiem wyjaśnimy, jak zbudowana jest taka dioda, jak działa i co was należy zwrócić przed zakupem.
Co to są diody laserowe?
Co wyróżnia diody laserowe?
Jak działa dioda laserowa?
Jak zbudowane są diody laserowe?
Ważne kryteria zakupu dla diod laserowych
Jak zoptymalizować diodę laserową?
Co to są diody laserowe?
Diody laserowe są formą laserów półprzewodnikowych, które wytwarzają promieniowanie laserowe pod wpływem prądu. Mogą przy tym wytwarzać światło o różnych długościach fal od ultrafioletu do podczerwieni. Diody laserowe są stosowane w różnych obszarach, zwykle instalowane w modułach laserowych. Służą one np. jako źródło laserowe w drukarkach, urządzeniach DVD lub skanerach kodów kreskowych.
Co wyróżnia diody laserowe?
Dioda laserowa różni się od innych źródeł laserowych, ponieważ jest ona bardzo mała, a jednocześnie ekonomiczna i energooszczędna alternatywa o kilku milimetrów. Diody laserowe są również łatwe w obsłudze, charakteryzują się wysoką żywotnością i osiągają zwłaszcza w bliskim zakresie podczerwieni, w porównaniu z innymi źródłami laserowymi, wysoką sprawność od 40 do ponad 50 procent. Oznacza to, że energia elektryczna jest przekształcana na promieniowanie laserowe o połowę.
Jak działa dioda laserowa?
Dioda laserowa jest laserem półprzewodnikowym, składającym się z dwóch substancji o różnej wielkości, ujemnej i dodatniej, z dodanymi substancjami, pomiędzy którymi znajduje się mała pusta przestrzeń. Struktura ta nazywana jest przejściem p-n. Mówiąc prosto, fotony są uwalniane pod wpływem elektryczności. Są one formowane w stojącą falę świetlną przez częściowo odbijające powierzchnie czołowe dwóch połówek lasera półprzewodnikowego, które działają jak rezonator optyczny, z którego ostatecznie wytwarzana jest wiązka laserowa. W zależności od odległości pomiędzy dwoma stronami, dochodzi do promieni laserowych o różnej długości fali.
Jak zbudowane są diody laserowe?
Każdy, kto kupi diodę laserową, nie tylko kupuje źródło laserowe. Oferowane diody są z reguły kapsułą, w której obok medium laserowego zamontowana jest również fotodioda. Działa on jako dioda monitorująca i rejestruje moc lasera, określając ilość emitowanego światła i w ten sposób regulując dopływ prądu przez zewnętrzne obwody elektroniczne.
Ze względu na dodatkową fotodiodę obudowy diod laserowych mają zazwyczaj trzy przyłącza, aby je zainstalować w module laserowym: Katodę i anodę źródła lasera, a następnie jedną dla fotodiody. Przykładem tego typu diod są diody typu TO-18.
Kolejnym ważnym elementem jest chłodzenie. Ponieważ nie cała energia elektryczna jest przekształcana w moc lasera, medium laserowe znacznie się nagrzewa. W celu uniknięcia zniszczenia materiału półprzewodnikowego w wyniku przegrzania, szczególnie przy wyższej mocy, diody należy przylutować do metalowej powierzchni, która odprowadza nadmiar ciepła. Badania wykazały, że redukcja temperatury roboczej o około 10 stopni może dwukrotnie wydłużyć żywotność nośnika lasera.
W każdym razie przy zakupie należy zwrócić uwagę na to, by wybrane diody były zgodne z dyrektywą RoHS UE. Zabrania ona używania substancji szkodliwych dla środowiska lub zdrowia w urządzeniach elektrycznych, takich jak lutowanie bezołowiowe.
Ważne kryteria zakupu dla diod laserowych
Długość fal:
Długość fali źródła lasera ma decydujące znaczenie dla odizolowanego światła laserowego. Niebieskie diody laserowe mają długość fali około 450 nanometrów (nm), a zielone lasery mają długość 530 nm. Najczęściej jednak stosuje się czerwone lasery o długości fali około 650 nm lub diody laserowe podczerwieni o długości około 800 nm.
Przed podjęciem decyzji o danym źródle lasera należy zastanowić się, która długość fali najlepiej służy do danego zastosowania. Czerwona dioda laserowa o długości fali 635 nm nadaje się na przykład bardzo dobrze do skanera kodów kreskowych lub wskaźnika laserowego, ponieważ jest dobrze widoczna również w świetle dziennym. Natomiast diody laserowe o długości fali 780 nm są szczególnie odpowiednie do stosowania w drukarkach laserowych lub niewidzialnych fotokomórek w technice alarmowej.
Moc:
Moc lasera jest zazwyczaj podawana w miliwatach, krótko mW. Również tutaj powstaje pytanie, do jakiego celu powinien być używany laser, ponieważ moc źródeł lasera może być różna i nie zawsze jest najwłaściwszym promieniem lasera. Kilka miliwatów jest wystarczających do takich zastosowań, jak wyrównanie i pozycjonowanie, a moc lasera w zakresie do 10 mW wystarcza również do barier ochronnych lub skanowania kodów kreskowych. Jeśli laser ma być używany jako narzędzie do spawania lub cięcia w przemyśle, wymagane są wyższe wartości.
Jak zoptymalizować diodę laserową?
Dioda laserowa jest tylko elementem z szerokiego pola techniki laserowej. Tylko w połączeniu z innymi produktami może ona przynieść efekty. Aby przykładowo doskonale kontrolować moc diody, można podłączyć elektronikę sterującą. Te zaledwie kilka milimetrowych modułów może na wejściu sterowania regulować moc lasera i na przykład zapewnić bezpieczeństwo dzięki automatycznemu wyłączaniu w przypadku przegrzania.
Tak zwana soczewka kolimatorowa, która łączy generowane promieniowanie, jest również szczególnie ważna dla zastosowania diody. Tylko w ten sposób można uzyskać punktowy promień lasera. Ze względu na swój charakter, laser o długości staje się coraz szerszy. W związku z tym, aby określić jakość połączenia, należy zawsze zwracać uwagę na wartość rozbieżności. Jest to mierzone w mrad (miliradianach) i wskazuje, ile milimetrów średnica lasera rośnie na każdy pokonany metr. Inną możliwością jest bezpośrednie wystanie pełny wygląd kolimatora ze zintegrowaną diodą laserową.