Лазерный диод: подключение светодиодного лазера
Изначально лазеры представляли собой громоздкие конструкции, состоящие из множества сложных и хрупких узлов. С появлением полупроводниковых элементов размеры и возможности лазеров значительно изменились. Основу конструкции стал составлять лазерный диод, к которому требовалось лишь подвести соответствующее питание.
Получить лазерный луч стало возможно не только в научно-производственных, но и в бытовых условиях. В результате этих изменений появилось множество устройств, использующих лазер в прикладных целях. Областью применения стали:
- техника;
- медицина;
- измерительные устройства;
- в качестве декоративной подсветки.
Приведенный список не является исчерпывающим, поскольку разработки новых устройств и аппаратуры с использованием подобных технологий ведутся постоянно. Рассмотрим особенности конструкции и принцип функционирования лазерного диода.
Содержание
- 1 Принцип работы и особенности конструкции
- 2 Разновидности
- 3 Излучение с какой длиной волны может производить лазерный диод
- 4 Как подключить
- 5 Основные выводы
Принцип работы и особенности конструкции
Принцип работы лазерного диода основан на эффекте рекомбинации фотонов при прохождении p-n перехода. Если организовать достаточно продолжительное расположение электрона и дырки в непосредственной близости друг от друга, выделяется энергия, представленная фотоном. Подобный процесс, запущенный в стабильном режиме, вызовет появление постоянного свечения.
Основным элементом лазерного диода является полупроводниковый кристалл малой толщины с легированными слоями, образующими p и n области. При подаче напряжения на анод начинается активное выделение фотонов, что внешне определяется как устойчивое свечение.
Полупроводниковая пластинка (кристалл) имеет большую площадь по сравнению с толщиной. Фотон, проходя через нее, многократно отразится от верхнего и нижнего слоев, каждый раз вызывая образование новых фотонов. Этот процесс позволяет получить стабильный пучок света, который остается только сфокусировать с помощью линзы.
Важно! Приведенное описание несколько упрощено, но принцип действия элемента передает вполне достоверно. На пpaктике используются разные конструкции, с помощью которых производители пытались избавиться от различных нежелательных эффектов, усилить световой пучок и снизить потери мощности на нагрев или на преодоление сопротивления материала.
Разновидности
Вариантов конструкции лазерных диодов довольно много. Они отличаются друг от друга расположением p-n переходов, конфигурацией полупроводникового элемента и прочими особенностями. Существуют следующие виды:
- диод с p-n гомоструктурой. Одна из первых конструкций, которая сегодня пpaктически не встречается. Нуждается в подаче высокой начальной мощности и прерывании входного сигнала для исключения перегрева;
- с двойной гетероструктурой. Представляют собой кристалл малой толщины, заключенный между двух дополнительных слоев, усиливающих поток фотонов и расширяющих активную область;
- с квантовыми ямами. Они образованы благодаря уменьшению среднего слоя элементов с двойной гетероструктурой. Возникают квантовые ямы с разными энергетическими уровнями, которые играют роль барьера при p-n переходе, способного к выделению фотонов;
- гетероструктурные элементы с раздельным удержанием. Большинство лазерных диодов изготовлены по этой технологии. Ее особенностью является нанесение дополнительных слоев на тонкий центральный кристалл, результатом чего становится эффективное формирование и концентрация светового пучка;
- с распределением обратной связи. В области p-n перехода делается специальная насечка, обеспечивающая создание дифpaкционной решетки. Это позволяет стабилизировать длину волны, способствуя получению более устойчивого светового луча. Используются в сфере телекоммуникаций, а также в оптических устройствах разного типа;
- VCSEL. Это лазер, относящийся к элементам поверхностного излучения. Оснащен вертикальным резонатором, благодаря которому направление луча изменяется — если у остальных видов кристаллов свет движется параллельно граням, то в данной конструкции он излучается в перпендикулярном направлении. Существует еще одна модификация такого элемента — VECSEL. Он обладает пpaктически аналогичной конфигурацией, только с внешним резонатором.
Современные разновидности лазеров демонстрируют высокие эксплуатационные качества, но производители не прекращают разработки новых, более совершенных моделей и конструкций.
Излучение с какой длиной волны может производить лазерный диод
Единицей измерения длины волны лазерного диода является нанометр (нм). С изменением длины волны меняется цвет светового луча, что позволяет изготавливать лазеры с разным цветом пучка (в светотехнике часто используются многоцветные конструкции). Наиболее распространенные лазеры имеют следующие длины волны:
- 650 нм (красный луч). Чаще всего применяется в дисководах, лазерных указках малого радиуса действия, в лазерных строительных уровнях и т.п. луч красного цвета воспринимается как довольно слабый, тусклый, но это только кажущееся ощущение. При увеличении мощности такого луча до 200 мВт можно резать плотную бумагу;
- 532 нм (зеленый луч). Устройства, излучающие поток такого типа. Отличаются хрупкостью и чувствительностью к перепадам температуры. До недавнего времени они стоили значительно дороже других видов лазеров. В то же время, зеленый луч лучше всего воспринимается человеческими органами зрения, что позволяет применять его в строительных лазерах. Даже в солнечную погоду зеленый луч хорошо различается на поверхностях, в отличие от красного, более тусклого потока. Примечательно, что в силу особенностей конструкции вместе с зеленым лучом такие устройства излучают и инфpaкрасный, что создает определенную опасность для человека. Поэтому устройства мощнее 5 мВт промышленностью не выпускаются;
- 405 нм (фиолетовый луч). Невооруженным глазом воспринимается слабо, что вызывает у человека ощущение маломощности потока. На деле ситуация прямо противоположна — луч обладает большой мощностью и интенсивностью, способен нанести органам зрения серьезные травмы;
- 780 нм (инфpaкрасный луч). Опасен для человека своей невидимостью, совмещенной с мощным воздействием на органы зрения;
- 1000 нм. Это также инфpaкрасный луч, который используется в промышленных лазерах для резки листовых материалов разного типа.
Внимание! Выбирая лазерный диод того или иного цвета, важно понимать, что это устройство самостоятельное, имеющее весьма мало общего со светодиодной осветительной техникой. У них разные цели и специфика использования, поэтому критериями выбора станут совершенно другие соображения.
Если для светодиодов важны яркость и цветовая температура, то для лазера главным моментом будет мощность и длина световой волны. Поэтому и подход к выбору этих устройств должен быть своим для каждого вида.
Читайте также Особенности, конструкция и схемы подключения неоновых лампКак подключить
Особенностью лазерного диода является высокая потребность в стабилизированном напряжении питания. В момент перехода на кристалле наблюдается кратковременное увеличение мощности из-за малой площади, увеличивающей концентрацию энергии в данной точке. Это делает необходимым использование специального стабилизатора — драйвера.
Кроме того, напрямую к драйверу элемент тоже нельзя подключать — необходимо использовать токоизмерительный резистор, который включается в разрыв между лазером и драйвером. При этом исчезает электрическое соединение минуса питания с общим минусом схемы. Дополнительным недостатком является неизбежная потеря мощности на резисторе.
Источником тока для лазера могут служить разные устройства:
- батарейка;
- аккумулятор;
- сетевое напряжение 220 В через специальный блок питания.
Два первых варианта способны обеспечить достаточно стабильное напряжение питания, но оно постоянно уменьшается, что также недопустимо. Если используется блок питания стандартного типа, ситуация несколько улучшается, хотя в этом случае нужна качественная защита от пробоя или выхода блока из строя.
При таком подключении используют дополнительные схемы защиты и стабилизаторы, устраняющие всплески и помехи от сетевых скачков. Использование обычного диодного мостика в данном случае не подходит, так как через стандартные выпрямители проходит масса паразитных колебаний и помех.
Драйвер для лазерного диода
Существует две основные конструкции драйверов для лазерного диода:
- импульсный. Это одна из разновидностей импульсного преобразователя напряжения. Способен работать как на понижение, так и на повышение выходного напряжения относительно входного значения. Мощность на входе приближается к показателям на выходе, разница между ними образована некоторыми потерями на нагрев проводников;
- линейный. Как правило, он получает от схемы большее напряжение, чем номинал полупроводника. Разницу обычно компенсируют с помощью транзистора, который излишки энергии отдает в виде тепла. КПД линейных драйверов невысок, что является причиной ограниченного применения.
Важно! Для каждого вида драйверов используется и собственная схема подключения, учитывающая специфику самого драйвера, источника питания и токоограничивающего резистора.
Основные выводы
Лазерные диоды широко используются в разных областях техники и в качестве декоративных установок, светотехнических устройств. В быту их знают довольно ограниченно — как лазерные указки, целеуказатели, строительные уровни и прочие устройства. Особенности конструкции и возможности этих элементов находятся в стадии изучения и разработки. Специалисты считают, что использование лазеров пока недостаточно широко, но перспективы у них весьма высоки. В своих комментариях вы можете высказать собственные мысли о конструкции и свойствах лазерных диодов.
ПредыдущаяСледующаяКомментарии (через Facebook):
Оставить комментарий с помощью аккаунта FaceBook:
Смотрите здесь, почему светодиодные лампы после выключения продолжают тускло гореть. Читайте причины свечения отключенных светодиодов и методы их устранения, и узнайте ее зависимость от схемы электропитания.Сохраните себе советы по выбору светодиодных ламп, которые не будут тускло гореть при отсутствии питания....
02 08 2021 0:51:39
Прочитайте, что значит для восприятия человека оттенок света и какие существуют варианты. Узнайте, что представляет собой теплый свет, чем он отличается от других видов, какое воздействие способен оказывать на психологическое состояние человека....
01 08 2021 21:48:14
Читайте здесь, что такое светодиодная подсветка из светодиодной ленты и какими главными параметрами она хаpaктеризуется. Как сделать светодиодную подсветку своими руками. Основные правила и схемы подключения для одноцветных и RGB-лент. В каких случаях нужен радиатор и что использовать в качестве его основы....
31 07 2021 18:20:45
Читайте, какими особенностями отличаются светодиоды SMD 3528. Узнайте, какие у них технические хаpaктеристики, где их используют. Чем отличается монохромная полоса от цветной. Как выбрать ленту из SMD 3528, рассчитать резистор и мощность драйвера, подключить подсветку к сети....
30 07 2021 21:24:46
Читайте здесь, как выполнить замену лампы ближнего света на Opel Astra H, какими параметрами руководствоваться при ее выборе и на что обратить внимание в ее маркировке, какие инструменты потребуются, из каких этапов состоит работа и каковы ее основные особенности....
29 07 2021 12:10:59
Читайте об особенностях организации освещения двухуровневых (двухярусных) натяжных потолков с подсветкой. Какие виды светильников подходят и как подобрать освещение для разных помещений. Дизайнерские решения гна 2 уровня в разных стилях....
28 07 2021 13:33:43
Сверхяркие светодиоды — это новое поколение LED элементов, демонстрирующих увеличенную яркость свечения и повышенный уровень мощности. Они не имеют принципиальных отличий от обычных приборов, выделяясь лишь повышенными хаpaктеристиками и требованиями к условиям эксплуатации....
27 07 2021 10:55:32
Смотрите здесь, как правильно повесить люстру на натяжной потолок. Особенности монтажа своими руками. Что нужно учесть перед установкой светильник на полотно....
26 07 2021 20:31:45
Все о сравнительных хаpaктеристиках светодиодов. Рассмотрим, какими они бывают по напряжению, параметры их мощности и виды маркировок. Узнайте, какие светодиоды применяются в лампах освещения, а какие в индикаторах....
25 07 2021 21:22:13
Читайте и смотрите, как правильно подключить патрон под лампочку к проводам на потолке. Способы установить деталь и подсоединить проводку. Как сделать все своими руками....
24 07 2021 13:23:24
Читайте здесь, что такое линзы для светодиодов, каков их принцип действия и назначения, какие виды увеличительных стекол применятся сегодня для лед-светильников, какие их модели устанавливаются на автомобильную оптику, чего изготавливаются и как собрать оптическую систему на их основе своими руками....
23 07 2021 17:35:54
Читайте здесь, как своими руками подключить светодиодный светильник к сети-220В, каковы особенности монтажа последовательной, параллельной и лучевой схем и сферы их применения, когда можно использовать лампы на 12В и какое оборудование для этого потребуется....
22 07 2021 7:13:25
Узнайте, какая высота является оптимальной для установки бра в спальне или другом помещении. Прочитайте, какими критериями и соображениями следует руководствоваться при выборе точек расположения светильников, что необходимо учесть для получения максимального функционального и декоративного эффекта....
21 07 2021 9:10:18
Читайте здесь, как сделать светодиодную лампу своими руками, каков принцип ее работы, какими плюсам и минусами она обладает, какие схемы ее сборки существуют, какие при этом материалы и компоненты потребуются и как выглядит пошаговая инструкция ее самостоятельной сборки....
20 07 2021 3:32:10
Читайте здесь, какие виды датчиков движения для включения света существуют, как они различаются по типу источника питания и способу фиксации движения, по каким техническим хаpaктеристикам их выбирать, где лучше разместить, как подключить, настроить и отрегулировать....
19 07 2021 12:35:51
Читайте, что такое проходной выключатель и зачем он нужен, чем он отличается от стандартного и на каком принципе он работает, как правильно его выбрать и установить в соответствии с заданной электрической схемой и типом самого переключателя....
18 07 2021 11:52:48
Узнайте, для чего нужны фотореле или датчики освещенности. Какие функции они выполняют, чем удобны и полезны. Уточните для себя, по каким критериям их выбирают, особенности выбора места установки и правила монтажа....
17 07 2021 7:13:50
Читайте, как выбрать расстояние между точечными светильниками на натяжном полотне. Узнайте, какие факторы влияют на выбор схемы расположения, чем принято руководствоваться при определении количества светильников....
16 07 2021 9:26:41
Читайте здесь, как выполнить ремонт энергосберегающих ламп своими руками, какие бывают главные причины их неисправностей, стоит ли вообще браться за их ремонт, каковы главные правила разбора и поиска неисправностей, как выполнить ремонт при неисправном балласте и сгоревшей нити, в чем состоит профилактика и как можно модернизировать такую лампочку....
15 07 2021 9:15:37
Смотрите здесь, как повесить и подключить люстру с пультом дистанционного управления своими руками. Устройство и схема установки светодиодного светильника с ПДУ. Подробная инструкция по самостоятельному подключению. Распространенные проблемы, неисправности и пути их устранения....
14 07 2021 2:58:26
Смотрите, какие хаpaктеристики имеют светодиодные лампы. Читайте, какими главными параметрами они обладают, влияющими на их выбор, и как их правильно подобрать под заданные условия эксплуатации в доме или на улице....
13 07 2021 2:57:25
Смотрите здесь, как подключить зеркало или шкаф с подсветкой в ванной комнате. Читайте, как выбрать, установить и подсоединить к сети освещение под зеркало своими руками. Особенности монтажа мебели и подключения скрытого светильника....
12 07 2021 15:41:34
Узнайте, какие неисправности светодиодной ленты являются наиболее распространенными. Уточните для себя, как производится проверки работоспособности и локализация возникших неполадок. Читайте, какими методами можно решить проблему и отремонтировать ленту....
11 07 2021 13:10:12
Узнайте, что такое лазерный диод, как он устроен, принцип действия и разновидности. Читайте, какими особенностями обладают элементы с разной длиной волны и цветом луча. Уточните для себя специфику подключения и необходимость использования дополнительных устройств....
10 07 2021 1:43:38
Читайте здесь, что такое галогеновые лампы, чем они отличаются от обычных лампочек накаливания, какое у них устройство, принцип работы, плюсы и минусы, а также какие их виды существуют для домашнего применения и каковы их главные особенности....
09 07 2021 8:32:33
Смотрите, как сделать светодиодный светильник своими руками. Как правильно при этом рассчитать и изготовить драйвер с гасящим конденсатором, какие материалы можно применять и как подключать прибор в сеть 220В или от батареек....
08 07 2021 19:51:22
Читайте здесь, как сделать подсветку стен своими руками, какие особенности имеет система подсветки в различных помещениях квартиры или дома, каковы основные цели установки подсветки, на что обратить внимание при выборе осветительных приборов для нее....
07 07 2021 20:44:38
Читайте здесь, что такое лампа ДНаТ и как расшифровывается. Принцип работы и сфера применения. Основные плюсы и минусы применения таких лампочек. Какие бывают натриевые лампы высокого и низкого давления. Правильная схема подключения....
06 07 2021 9:49:52
Читайте здесь, что такое оптоволоконное освещение, какие разновидности оптоволоконной подсветки для бани существуют и чем они различаются, из каких основных элементов они состоят, какие лампы применяются, а также каковы плюсы и минусы и особенности оптоволоконного освещения для бани и как выполнить его монтаж своими руками....
05 07 2021 20:11:36
Узнайте, какую информацию несут обозначения на упаковке светодиодных ламп. Читайте, какие значения в них скрыты, о чем говорят те или иные параметры ЛЕД светильников. Уточните для себя, что означают наиболее важные хаpaктеристики светодиодов....
04 07 2021 6:55:36
Читайте здесь, какие нормы освещенности существуют для рабочего места, офисных помещений, на производстве, в складских комплексах, на охраняемых территориях и объектах, в жилых домах и на детских площадках и какие документы их регламентируют....
03 07 2021 19:36:33
Узнайте, что представляет собой регулятор света, каковы особенности его конструкции и принцип работы. Выясните, где наиболее часто применяются приборы этого вида. Классификация диммеров. Основные преимущества и недостатки устройств с регулировкой....
02 07 2021 3:54:41
Узнайте, как правильно подобрать кабель питания для светодиодной ленты. Читайте, какое нужно сечение провода, как его рассчитать и что от него зависит. Уточните для себя особенности пайки или механического соединения компонентов подсветки....
01 07 2021 3:27:14
Узнайте, почему моргает светодиодная лента во включенном состоянии и при выключенном свете. Читайте, как провести диагностику причин и устранить неполадки. Что делать, чтобы продлить работу диодных светильников....
30 06 2021 12:40:43
Узнайте, для чего делается подсветка ручек автомобильных дверей. Выясните, какие светодиоды для этого подходят, что необходимо приготовить для выполнения работ и какие действия следует произвести при монтаже подсветки....
29 06 2021 21:55:37
Узнайте, как выглядит схема подключения для двойного выключателя. Статья содержит всю необходимую информацию о монтаже, технике безопасности и устройстве двухклавишного коммутатора. Описывается соединение двух источников освещения с одним выключателем....
28 06 2021 1:39:35
Читайте здесь, что такое светодиодная лампа с датчиком движения, каково его назначение, принцип действия и конструкция, какие виды существуют, как выглядит ТОП-список их производителей, а также каковы главные особенности монтажа моделей с выносным и встроенным датчиком....
27 06 2021 4:53:58
Читайте здесь, какие инфpaкрасные светодиоды существуют, какие их разновидности можно найти на рынке, какими основными параметрами они хаpaктеризуются, чем выделяются мощные их аналоги, какова сфера применения ИК-светодиодов....
26 06 2021 18:30:13
Читайте, чем ксенон в лампах для автомобильных фар лучше и чем хуже галогена. Узнайте, как правильно установить штатный ксенон, какой штраф за ксенон предусмотрен при нештатной установке. Как избежать наказания при замене галогена на ксенон в противотуманных фарах....
25 06 2021 11:21:33
Читайте о том, что такое кварцевание и какие для этого подходят кварцевые лампы. Польза и вред процедуры. Принцип действия кварцевателя (аппарата-излучателя) для дезинфекции помещений. Обзор моделей для домашнего применения и дезинфекции квартиры. Как выбрать....
24 06 2021 9:51:15
Узнайте, как производится подключение светодиодных лент к сети 220 В напрямую, минуя стандартный источник питания. Уточните, какими особенностями обладают такие ленты и как их можно сделать самостоятельно. Выясните их плюсы и минусы, отметьте для себя лучших производителей....
23 06 2021 2:43:54
Читайте, как подключить датчик движения к светодиодному (LED) прожектору. Что это такое и каков принцип его работы, виды и место установки. Схема подключения и порядок натройки прибора....
22 06 2021 22:33:16
Выбор материала для изготовления плафонов на люстру своими руками. Как сделать каркас для абажура. Креативные идеи дизайна подвесного светильника....
21 06 2021 22:27:24
Получите полную информацию о цоколях автомобильных ламп. Типы и хаpaктеристики автоламп, виды цоколей. Как подобрать цоколь по названию: таблица для расшифровки....
20 06 2021 12:42:22
Читайте здесь, как сделать блок питания для светодиодной ленты 12В своими руками, каковы его главные особенности и назначение, какие готовые блоки существуют и можно ли использовать модели от техники б/у, из каких этапов состоит процесс самостоятельной сборки устройства, как выглядит его схема и какие нюансы при этом нужно учесть....
19 06 2021 6:12:55
Смотрите здесь электрическую схему драйвера для прожектора led на 50 w. Причины перегорания матрицы. Ремонт светодиодного прожектора на 50 ватт. Как сделать LED-прожектор своими руками....
18 06 2021 2:15:48
Узнайте, какое значение имеет подсветка витрин, ее возможности, способность привлекать покупателей и создавать эксклюзивный вид для обычной стандартной витрины. Выясните, какие существуют требования и нормы для осветительных приборов на витринах. Ознакомьтесь с порядком монтажа светодиодной ленты....
17 06 2021 11:20:16
Узнайте основные требования к аварийному освещению. Цвет, размеры, количество и виды указателей. Как их правильно подключть....
16 06 2021 20:35:13
Узнайте, что такое двухклавишный выключатель для двух лампочек. Зачем он нужен, его преимущества и виды. Как правильно установить и подключить выключатель с двумя клавишами....
15 06 2021 3:32:50
Узнайте, какое должно быть освещение в спортивном зале. Требования и нормы светильников для тренировок и спортивных мероприятий. Применение LED-света в школах и во время соревнований....
14 06 2021 23:11:27
Еще:
Освещение -1 :: Освещение -2 ::
