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Théorie et fonctionnement de la diode laser

Théorie et fonctionnement de la diode laser

Les diodes laser et les diodes électroluminescentes ont un certain nombre d'éléments en commun en ce qui concerne leur théorie de fonctionnement. Cependant, la théorie de fonctionnement de la diode laser incorpore plus d'éléments, prenant en compte des processus supplémentaires pour fournir la lumière cohérente qu'elle produit.

Bien qu'il existe de nombreuses formes différentes de diode laser, la base de la théorie de fonctionnement de la diode laser est très similaire - les préceptes de base restent les mêmes, bien qu'il existe un certain nombre de différences mineures dans la façon dont elles sont mises en œuvre.

Les bases de la théorie des diodes laser

Il existe trois processus principaux dans les semi-conducteurs associés à la lumière:

  • Absorption lumineuse: L'absorption se produit lorsque la lumière pénètre dans un semi-conducteur et que son énergie est transférée au semi-conducteur pour générer des électrons et des trous libres supplémentaires. Cet effet est largement utilisé et permet à des appareils tels que des photodétecteurs et des cellules solaires de fonctionner.
  • Émission spontanée: Le deuxième effet connu sous le nom d'émission spontanée se produit dans les LED. La lumière produite de cette manière est ce que l'on appelle incohérente. En d'autres termes, la fréquence et la phase sont aléatoires, bien que la lumière soit située dans une partie donnée du spectre.
  • Émission stimulée: L'émission stimulée est différente. Un photon lumineux entrant dans le réseau semi-conducteur frappera un électron et libèrera de l'énergie sous la forme d'un autre photon lumineux. La manière dont cela se produit libère ce nouveau photon de longueur d'onde et de phase identiques. De cette manière, la lumière qui est générée est dite cohérente.

La clé du fonctionnement de la diode laser se produit à la jonction des régions de type p et n fortement dopées. Dans une jonction p-n normale, le courant circule à travers la jonction p-n. Cette action peut se produire car les trous de la région de type p et les électrons de la région de type n se combinent. Avec une onde électromagnétique (dans ce cas la lumière) passant à travers la jonction de diode à jonction de diode laser, on constate que le processus de photo-émission se produit. Ici, les photons libèrent d'autres photons de lumière lorsqu'ils frappent des électrons lors de la recombinaison des trous et des électrons.

Naturellement, il y a une certaine absorption de la lumière, entraînant la génération de trous et d'électrons mais il y a un gain global de niveau.

La structure de la diode laser crée une cavité optique dans laquelle les photons lumineux ont de multiples réflexions. Lorsque les photons sont générés, seul un petit nombre peut sortir de la cavité. De cette manière, lorsqu'un photon frappe un électron et permet de générer un autre photon, le processus se répète et la densité de photon ou le niveau de lumière commence à s'accumuler. C'est dans la conception de meilleures cavités optiques que se déroule une grande partie des travaux actuels sur les lasers. S'assurer que la lumière est correctement réfléchie est la clé du fonctionnement de l'appareil.


Voir la vidéo: Laser Diode - EXFO animated glossary of Fiber Optics (Janvier 2022).