Trong nguyên tử, khi điện tử chuyển từ mức năng lợng cao xuống mức năng lợng thấp hơn sẽ phải giải phóng ra một lợng năng lợng chênh lệch dới dạng photon (ánh sáng)
Điều kiện bức xạ của Laser ánh sáng là - Phải là vật liệu bán dẫn suy dẫn - Phải là dịch chuyển trực tiếp
Diode phát quang : quá trình tái hợp điện tử – lỗ trống hay quá trình bức xạ là ngẫu nhiên, nên ánh sáng phát ra sẽ là ánh sáng không kết hợp và không có tính đẳng hớng
Diode Laser : lợi dụng chiết suất của bán dẫn, ngời ta tạo ra bộ cộng h- ởng quang bằng cách mài nhẵn hai đầu miếng tinh thể bán dẫn để tạo ra hai g- ơng phản xạ và hệ số phản xạ của gơng là :
Với n là chiết suất của bán dẫn
Độ dài trờng cộng hởng Lr bằng số nguyên lần bớc sóng ánh sáng trong tinh thể để khi phản xạ tạo ra sóng đứng
Với q = 1, 2, 3 ... n : chiết suất tinh thể
Với Diode laser, khi dòng qua diode lớn hơn dòng qua ngỡng (Ing), tạo ra trạng thái nghịch đảo mật độ hạt 2 2 1 1 1 + − = = n n r r q n Lr 2 λ =
Hình (a) cha có điện áp phân cực Hình (b) có điện áp phân cực
Lúc này trong diode bắt đầu xảy ra hiện tợng bức xạ kích thích, một mode vừa sinh ra do một bức xạ ngẫu nhiên nào đó sẽ tơng tác với điện tử đã kích thích dạng nằm trong dải dẫn làm điện tử nhảy về dạng hoá trị để tái hợp với lỗ trống và giải phóng Photon mới, các photon tiếp tục tơng tác với điện tử ở dải dẫn kích thích phát xạ cảm ứng và số lợng photon tăng lên rất nhanh.
Nhờ công suất ánh sáng sinh ra là ánh sáng kết hợp về không gian và thời gian so với bức xạ LED, LD cho phép vạch phổ bức xạ hẹp, công suất lớn độ mở của chùm ánh sáng bức xạ nhỏ, cho phép ghép vào sợi quang tốt hơn.
2/ LED
Vì các LED bức xạ không đẳng hớng, nên khi khả năng ghép vào sợi quang kém. Ngời ta đã cải tiến nâng cao hiệu suất ghép bằng cách chế tạo ra 2 loại LED
Diode bức xạ mặt : bức xạ ánh sáng theo phơng vuông góc với tiếp giáp P – N
Diode bức xạ cạnh : bức xạ ánh sáng trên một cạnh của mặt ngang. Mặt khác nếu thu hẹp đợc kích thớc miền hoạt tính tại tiếp giáp P – N thì khả năng tập trung các phần tử tích điện để chúng ta tái hợp với nhau và phát ra ánh sáng trong miền đó, nh vậy đồng thời sẽ tạo ra một lớp quang hẹp để tập trung các photon.
Lớp P- AlGaAs có độ rộng dải cấm lớn tạo ra một hàng rào điện thế để chặn không cho điện di chuyển về phía cực P mà nằm lại trong miền hoạt tính là lớp P- AlGaAs
làm việc, ta cần đa điện áp dơng vào miền P và điện áp âm vào miền N. ánh sáng sẽ phát ra do sự tái hợp của điện tử và lỗ trống.
Hình trang 22
Để nâng cao hiệu suất ghép ánh sáng vào sợi quang, ngời ta có áp dụng các biện pháp sau :
- Vì sợi quang có đờng kính nhỏ (50μm - 70μm) nên ngời ta làm điện cực p có đờng kính nhỏ khoảng 50μm để ánh sáng trong lớp (P- GaAs) bức xạ ở chỗ đối diện với sợi quang
- Dùng thấu kính để ghép thấu kính vào sợi quang
- Cắt sâu một lỗ vào lớp N – GaAs tạo ra một cửa sổ để dẫn sợi quang vào nhờ đó sợi quang tiếp xúc gần tới lớp P – GaAs phát xạ ánh sáng theo chùm nhỏ ở bên rìa miền hoạt tính
Hình : loại diode phát xạ cạnh (ELED)
Xuất phát từ nhu cầu trên ngời ta chế tạo ra các loại diode laser - Diode laser có cấu trúc dị thể kép (DH – LD)
- Diode điều khiển nhờ chiết suất IGLD (Index Guided Laser Diode) - Diode laser điều khiển nhờ hệ số khuyếch đại GGLD (Gain Guide
Laser Diode)
Ngoài ra căn cứ vào phổ bức xạ ngời ta chia ra hai loại diode laser là: - Diode laser đa mode (MIMLD) : bề rộng phổ từ 2 – 5 nm
- Diode laser đơn mode (SMLD) : bề rộng phổ nhỏ hơn 1nm
Diode đơn mode đợc dùng ở các hệ thống quang có tốc độ rất cao (tức bề rộng xung truyền dẫn rất hẹp) các hệ thống thông tin quang coherent, yêu
Hiện nay có hai loại diode dơn mode
- Diode laser loại BH (builied heteros tructure)
- Diode laser loại phân bố DFB (Distributed Feedback Buied)