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:
Читайте здесь, как поменять лампочки разных типов в светильниках на натяжном и подвесном потолках. Что нужно, чтобы снять точечный или другой осветительный прибор и выкрутить или вынуть лампу....
18 10 2021 1:20:52
Читайте здесь, как выполнить замену лампы ближнего света на автомобиле Ниссан Кашкай 2012 года, по каким первым признакам можно узнать, что требуется ее замена, из каких основных этапов состоит процеДypa снятия, установки и регулировки фар, и по каким причинам может произойти повторное перегорание....
17 10 2021 13:19:21
Читайте, почему моргает светодиодная лампа в выключенном и включенном состоянии, как найти причину и устранить ее. Узнайте, какие проблемы можно решить самостоятельно. Как поступить, если напряжение в сети низкое или постоянно меняется. Какое влияние на работу светодиодов оказывает диммер....
16 10 2021 22:58:26
Читайте, какие схемы используются для подключения двухклавишных выключателей. Узнайте, какие условия необходимо соблюсти, чтобы осуществить присоединение правильно. Особенности переключателей с подсветкой и модульной конструкцией....
15 10 2021 9:17:48
Читайте здесь, что такое RGB подсветка, для чего она используется и где применяется. Узнайте, каковы особенности светодиодных лент, их основные параметры и свойства. Выясните, по каким критериям происходит выбор ленты, что следует учесть, подбирая устройство для работы в заданных условиях....
14 10 2021 22:14:51
Смотрите, какие виды подсветки для бассейна существуют, какие основные требования предъявляются для монтажных работ, какие виды источников света применяются и в каких случаях, а также, как управлять системой освещения....
13 10 2021 12:13:21
Получите полную информацию о цоколях автомобильных ламп. Типы и хаpaктеристики автоламп, виды цоколей. Как подобрать цоколь по названию: таблица для расшифровки....
12 10 2021 14:41:30
Узнайте, когда и как меняют лампочки в приборной панели ВАЗ 2114. Читайте, почему они выходят из строя и какие причины встречаются чаще всего. Выясните для себя, как выбрать подходящие светильники и порядок действий при замене....
11 10 2021 14:54:54
Узнайте, какими особенностями обладают светодиодные ленты USB. Читайте, какие условия и ограничения существуют при подключении LED светильников к портам USB, что для этого надо приготовить, какие есть варианты подключения....
10 10 2021 21:26:25
Узнайте, как выбрать лучшую светодиодную лампочку домой. На какие хаpaктеристики стоит обратить внимание. Продукцию каких компаний лучше выбирать, сколько должна стоить светодиодная лампа....
09 10 2021 9:11:22
Рассчитайте нужное количество люмен на 1м². Узнайте, как провести расчеты, используя информацию о нормах освещенности разных помещений. Как перевести ватты в люмены...
08 10 2021 23:24:46
Читайте все о цоколях е27: что это за тип, какие лампы с ним производятся. Другие варианты стандартных резьбовых цоколей больших и маленьких, похожих на e27. Размер контакта "обычной" лампочки (высота и диаметр). Совместимость с другими типоразмерами....
07 10 2021 6:48:14
Читайте, что такое ультрафиолетовый (УФ) стерилизатор для аквариума и зачем нужен. Особенности использования для черепах. Типы УФ (UV) ламп и принцип действия. Как выбрать и сделать своими руками. Что еще можно использовать для антибактериальной очистки воды....
06 10 2021 19:35:21
Смотрите здесь, какие бывают цоколи современных ламп освещения. Как расшифровуется маркировка цоколей и патронов. Распространенные, стандартные и редкие типы и виды лампочек....
05 10 2021 19:56:23
Читайте здесь, какими бывают корпуса для светодиодных светильников, из каких основных материалов они изготавливаются и какими при этом свойствами обладают, какие конструктивные различия они имеют, какими плафонами оснащаются и сколько стоит та или иная модификация....
04 10 2021 2:12:27
Читайте здесь, как сделать цветы светильники из изолона своими руками, какие инструменты и материалы для этого потребуются, из каких основных этапов состоит процесс изготовления цветка, стeблей и листьев, и как правильно подсоединить шнур с выключателем и патрон для лампочки в собранный светильник....
03 10 2021 15:35:17
Читайте, что представляют собой адресные светодиодные ленты, каковы их особенности и технические хаpaктеристики. Узнайте, как работает адресный светодиод, в чем его отличие от обычных видов. Выясните, каков порядок подключения и настройки адресной ленты....
02 10 2021 6:41:27
Читайте, как и зачем подключать дроссель для ДНаТ. Как устроена, параметры и хаpaктеристики катушки индуктивности. Для чего нужны ИЗУ. Схемы подключения дросселя и газоразрядных ламп....
01 10 2021 7:35:50
Идеи для оптимального освещения в гостиной и зала. Использование света и подсветки в дизайне комнаты в современных стилях. Варианты размещения потолочных, настенных светильников в квартире. Особенности выбора приборов для натяжного потолка. Как самому сделать красивое оформление светом....
30 09 2021 11:23:32
Смотрите здесь, для чего предназначены лампочки в приборной панели, по какой причине и с какой регулярностью их можно менять, какие их виды применяются и какими свойствами они обладают, из каких основных этапов состоит процеДypa их переустановки, а также как правильно установить светодиоды в панель приборов....
29 09 2021 4:40:31
Узнайте, на какие параметры нужно обращать внимание при замене ламп накаливания на светодиодные. Узнайте, от чего зависит световой поток светодиодной лампы, как он распределяется по освещаемой поверхности. Какие дополнительные критерии обязательно учитываются при выборе светодиодных лампочек....
28 09 2021 14:54:36
Читайте здесь, какие лампы ближнего света можно установить на ВАЗ 2110, какие экземпляры и каких производителей используют автовладельцы, какие из них самые лучшие, а также как самостоятельно выполнить замену и при необходимости отрегулировать после этого фары....
27 09 2021 10:13:34
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....
26 09 2021 8:51:41
Читайте, что представляет собой светодиодная лента SMD 5050, каковы особенности ее конструкции. Узнайте, какие бывают разновидности подобных светильников, технические хаpaктеристики, особенности конструкции, степени защиты, известные производители....
25 09 2021 16:52:21
Размеры и хаpaктеристики цоколя и патрона лампы Е10. Где они применяются. Плюсы и минусы использования лампочек с цоколем Е10....
24 09 2021 17:33:12
Читайте, какие светодиодные ленты доступны на рынке, чем они отличаются друг от друга. Узнайте устройство светодиодной ленты на 12 вольт, Критерии выбора и способы подключения к сети. Как рассчитать мощность блока питания, когда требуется включение в схему контроллера и усилителей....
23 09 2021 21:17:37
Читайте о том, как сделать освещение в гараже своими руками. Как рассчитать и провести свет. Какие лампы выбрать для гаражных светильников. Вариант с диодными прожекторами. Как составить схему....
22 09 2021 18:13:29
Выясните, какие светильники установлены в автомобиле Шкода Октавия на ближний свет. Узнайте, какие модели галогеновых ламп наиболее популярны для установки в фары Октавии. Порядок замены, некоторые советы....
21 09 2021 4:21:14
Читайте, какие автолампы продаются в магазинах, их достоинства и недостатки, что нужно учитывать при выборе. Узнайте, продукция каких производителей самая популярная. Когда за установку светодиодного освещения ГИБДД может наложить штраф и как избежать наказания....
20 09 2021 6:33:48
Берите идеи для организации освещения на кухне с натяжным потолком. Читайте, какие светильники и лампочки лучше всего подходят для кухни-гостиной. Варианты расположения освещения в интерьере. Как расположить точечные и прочие потолочные и настенные светильники, а также подсветку для декорации в маленьком и просторном помещении....
19 09 2021 14:11:51
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....
18 09 2021 18:47:40
Читайте здесь, как происходит замена галогеновых ламп в люстре на светодиодные. Как правильно переделать светильник, чтобы заменить галогенки на светодиоды. Какие еще лампочки можно использовать....
17 09 2021 15:23:57
Читайте, какие бывают индикаторы напряжения на светодиодах. Узнайте, как они устроены, по какому принципу работают. Какие виды можно сделать самостоятельно, какие придется купить. Выберите лучшую схему для изготовления индикатора на светодиодах своими руками....
16 09 2021 10:21:26
Узнайте, что такое подсветка WLED, каковы ее преимущества и чем она отличается от альтернативных видов конструкции. Выясните, какие изменения такая технология вносит в цветопередачу, уточните остальные преимущества, возможности и особенности....
15 09 2021 19:35:57
Узнайте, что такое дюралайт, его виды, для чего он используется и какими особенностями обладает. Выясните, как производится подключение и соединение отдельных отрезков, уточните для себя общие правила монтажных работ....
14 09 2021 4:28:55
Читайте здесь, что такое цоколь GX53, как выглядит и какие особенности конструкции контактов. Плюсы и минусы, сфера применения. Достоинства и недостатки осветительных приборов с цоколем этого типа. Особенности установки ламп....
13 09 2021 17:51:36
Читайте, как делается оригинальный и привлекательный светильник из эпоксидной смолы. Узнайте, какие могут быть варианты дизайна. Уточните для себя порядок действий при изготовлении подобного изделия своими руками....
12 09 2021 21:22:17
Узнайте, как производится замена габаритных ламп на автомобилях Рено Логан. Читайте, чем отличаются задние огни от передних, какие действия следует произвести для замены тех и других светильников. Уточните состав инструментов и материалов, нужных для выполнения работ....
11 09 2021 9:27:54
Узнайте, как производится замена перегоревших лампочек, установленных в приборной доске Лады Калины. Читайте, какие инструменты понадобятся для выполнения процедуры. Запомните порядок действий и возможные аналоги штатных светильников....
10 09 2021 9:21:42
Узнайте, что такое проверка диода и в чем заключается ее особенность. Выясните, каким прибором производится измерение и можно ли дать оценку работоспособности элемента без выпаивания его из схемы....
09 09 2021 6:58:50
Читайте, что представляют собой светодиоды Пиранья, какими особенностями и преимуществами они обладают. Узнайте, где используются эти устройства, уточните для себя их технические хаpaктеристики и специфику подключения....
08 09 2021 11:14:47
Читайте здесь, как сделать светильники из труб своими руками, каковы главные особенности сборки и используемых материалов, как самостоятельно собрать подвесную люстру из труб, настенную лампу из металлопластика и настольный светильник из муфт и какие ошибки и трудности могут возникать при этом....
07 09 2021 7:28:45
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....
06 09 2021 20:50:22
Узнайте, что собой представляет подсветка для картин. Читайте, какие виды светильников и типы ламп можно использовать при оформлении интерьера дома или галереи и в чем заключается особенность беспроводного варианта подсветки....
05 09 2021 18:35:39
Ознакомьтесь с таблицей мощностей светодиодных ламп и узнайте, как правильно подобрать аналог для замены изделия с нитью накала на конструкцию со светодиодом. Сравните все основные хаpaктеристики приборов для возможности оптимального выбора....
04 09 2021 15:51:30
Выясните, что эффективнее ксенон или светодиод. Что у них общего, чем различаются, существуют ли ограничения на их использование, и каковы условиях их замены. Узнайте, выбор, какого типа ламп для автомобиля будет наиболее оптимальным....
03 09 2021 0:40:43
Подробная информация о ртутных лампах высокого и низкого давления. Вес, виды, содержание ртути, типы цоколей и другие хаpaктеристики лампочек. Какие лампы содержат ртуть. Есть ли металл в кварцевых моделях, люминесцентных, дневного света....
02 09 2021 11:58:40
Читайте, как выпаять светодиод, установленный в лампе, на линейке и ленте. Узнайте, какие инструменты и материалы требуются для ремонта источников света на основе светодиодов. Какие правила техники безопасности необходимо соблюдать. Какую лампу стоит ремонтировать, какую проще заменить....
01 09 2021 22:48:31
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....
31 08 2021 6:58:34
Читайте здесь, как сделать подсветку штор светодиодной лентой, какие варианты подсветки существуют и чем они различаются, из каких основных этапов состоит ее монтаж, как правильно подключить трaнcформатор и лед-полоску к сети, а также какие нюансы крепления ленты нужно учесть....
30 08 2021 3:42:22
Еще:
Освещение -1 :: Освещение -2 ::
