Republica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educacin

Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda

Asignatura: Electrnica I

Realizado por:

Calles Estefany

CI: 22.600.627

Introduccin

El diodo lser es muy usado en los aparatos de nuestro da a da, este fue inventado en laboratorios de USA de manera independiente con un diodo de unin p-n consiguieron una radiacin electromagntica en funcin al semiconductor GaAs - Arsenuro de Galio.

Este diodo de material semiconductor se encuentra en una amplia variedad de dispositivos como lo son lectores de CD, lectores de DVD, lectores de Blue-rey, impresoras lser, ciruga lser con beneficios oftalmolgicos, entre otras.

Estos diodos son muy ventajosos pues tienen un bajo consumo energtico, son muy econmicos, tienen una larga vida til, son relativamente pequeos lo cual permite su fcil ubicacin, entre otras ventajas las cuales hacen del dioso lser una excelente alternativa en cuanto a sus usos.

Diodo Laser

El diodo lser fue inventado en tres laboratorios de investigacin en USA de modo independiente. Los investigadores consiguieron radiacin electromagntica coherente de un diodo de unin p-n en base al material semiconductor GaAs - Arsenuro de Galio.

Es un dispositivo semiconductor que bajo condiciones adecuadas emite luz por el principio de emisin estimulada, la cual surge cuando un fotn induce a un electrn que se encuentra en un estado excitado a pasar al estado de reposo, este proceso esta acompaado con la emisin de un fotn, con la misma frecuencia y fase del fotn estimulante. Para que el numero de fotones estimulados sea mayor que el de los emitidos de forma espontnea, para que se compensen las perdidas, y para que se incremente la pureza espectral, es necesario por un lado tener una fuerte inversin de portadores, la que se logra con una polarizacin directa de la unin, y por el otro una cavidad resonante, la cual posibilita tener una trayectoria de retroalimentacin positiva facilitando que se emitan mas fotones de forma estimulada y se seleccione ciertas longitudes de onda haciendo mas angosto al espectro emitido.

El diodo lser tambin se conoce como lser semiconductor o tambin

Conocidos como lseres de inyeccin, Estos diodos pueden producir luz visible (roja, verde o azul) y luz invisible (infrarroja). Se usan en productos de consumo y comunicaciones de banda ancha.

Los diodos LASER tienen una gran cantidad de aplicaciones, lectura y escritura de discos pticos, donde slo un rayo de luz muy angosto puede ver una rea microscpica en la superficie de un disco. Para mediciones precisas en donde es indispensable un rayo de luz que no se disperse.

Algunos diodos lser requieren de circuitos que generen pulsos de alta potencia, para entregar grandes cantidades de voltaje y corriente en pequeos instantes de tiempo. Otros diodos lser necesitan de un funcionamiento continuo pero a menor potencia.

Funcionamiento

Cuando un diodo convencional o LED se polariza en directa, los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo. Si los electrones y huecos estn en la misma regin, pueden recombinarse cayendo el electrn al hueco y emitiendo un foto con la energa correspondiente a la banda prohibida.

Esta emisin espontnea se produce normalmente en los diodos semiconductores, pero slo es visible en algunos de ellos (como los LEDs), que tienen una disposicin constructiva especial con el propsito de evitar que la radiacin sea reabsorbida por el material circundante, y habitualmente una energa de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible; en otros diodos, la energa se libera principalmente en forma de calor, radiacin infrarroja o radiacin ultravioleta.

En los diodos lser, para favorecer la emisin estimulada y generacin de luz lser, el cristal semiconductor del diodo puede tener la forma de una lmina delgada con un lado totalmente reflectante y otro slo reflectante de forma parcial (aunque muy reflectante tambin), logrndose as una unin PN de grandes dimensiones con las caras exteriores perfectamente paralelas y reflectantes. Es importante aclarar que las dimensiones de la unin PN guardan una estrecha relacin con la longitud de onda a emitir.

Este conjunto forma una gua de onda similar a un resonador de tipo Fabry-Perot. En ella, los fotones emitidos en la direccin adecuada se reflejarn repetidamente en dichas caras reflectantes (en una totalmente y en la otra slo parcialmente), lo que ayuda a su vez a la emisin de ms fotones estimulados dentro del material semiconductor y consiguientemente a que se amplifique la luz (mientras dure el bombeo derivado de la circulacin de corriente por el diodo).

Parte de estos fotones saldrn del diodo lser a travs de la cara parcialmente transparente (la que es slo reflectante de forma parcial). Este proceso da lugar a que el diodo emita luz, que al ser coherente en su mayor parte (debido a la emisin estimulada), posee una gran pureza espectral. Por tanto, como la luz emitida por este tipo de diodos es de tipo lser, a estos diodos se los conoce por el mismo nombre.

Otro mtodo de suministrar energa a algunos lseres de diodo es el uso de bombeo ptico. Los lseres semiconductores de bombeo ptico utilizan un chip de semiconductores III-V como los medios de ganancia, y otro lser como la fuente de la bomba. OPSL ofrecen varias ventajas sobre las ILD, en particular en la seleccin de longitud de onda y la falta de interferencia de estructuras de electrodos internos.

Cuando un electrn y un agujero estn presentes en la misma regin, pueden recombinarse o "aniquilar" con el resultado de la emisin espontnea - es decir, el electrn puede volver a ocupar el estado de energa del agujero, emitiendo un fotn con una energa igual a la diferencia entre el electrn y el agujero estados involucrados. La emisin espontnea da el diodo lser por debajo del umbral de accin lser propiedades similares a un LED. La emisin espontnea es necesaria para iniciar la oscilacin de lser, pero es una de las varias fuentes de ineficiencia una vez que el lser es oscilante.

Aplicacin Bsica

La aplicacin bsica que se le ha dado al diodo LASER es como fuente de alimentacin lumnica para sistemas de telecomunicaciones va fibra ptica. El diodo lser es capaz de proporcionar potencia ptica entre 0.005-25mW, suficiente para transmitir seales a varios kilmetros de distancia y cubren un intervalo de longitud de onda entre 920 y 1650 nm. Sin embargo para utilizar un diodo lser como fuente lumnica, es necesario disear un sistema de control que mantenga el punto de operacin del sistema fijo, debido a que un corrimiento de este punto puede sacar al diodo fuera de operacin o incluso daarlo, algunas aplicaciones son:

Comunicaciones de datos por fibra ptica.

Lectores de CD, DVD, Blue-ray, HD-DVD, entre otros.

Interconexiones pticas entre circuitos integrados.

Impresoras lser.

Escneres o digitalizadores.

Sensores.

Armas lser.

El CD-ROM

El diodo lser produce un rayo, que tras rebotar por las lentes, rebota en el espejo y atraviesa el cabezal hasta el CD ROM.

El cabezal se mueve a lo largo del radio del CD ROM mientras este gira a gran velocidad.

Si, al chocar el disco, el rayo se dispersa entonces no se recibe lectura (superficie quemada, 1). Si rebota se dirige por el cabezal hacia los espejos.

En su retorno, es desviado hacia el foto diodo que traduce la luz reflejada al cdigo binario. Luz (0), no luz (1).

Impresora Lser

El papel se introduce cubierto de pequeas partculas con carga elctrica.

El procesador ordena encender o apagar el rayo lser que impacta sobre el papel tras rebotar en un prisma. El rayo cargado elimina la carga en las zonas de imagen.

Se roca el papel con toner que tambin esta cargado. Se adhiere solo a las zonas donde no hay carga (imgenes). Las zonas blancas al tener carga lo repelen.

El papel pasa a la zona de fusionado donde el toner se pega definitivamente mediante presin y calor.

Soldadura Lser

Necesitan un punto lser con una precisin geomtrica (redonda) de intensidad constante. Para dirigir una energa aproximada de 30W a un punto de 0.8mm de dimetro, la luz de varios diodos debe de ser enfocada a un punto y esto solo es posible usando un juego de lentes.

El estao entra en el rea del lser. La radiacin directa sobre el hilo hace que se caliente cerca de su punto de fusin, no mas. No obstante la tensin superficial causa una "Gota de Estao" a la punta del hilo. Si el Haz de luz sale de rea de soldadura, quemara la placa.

El Hilo de estao, que esta cerca del punto de fusin, toca el punto de soldadura y se funde entre la pista y el terminal ya pre-calentados.

El estao esta todava fundido. Necesita un tiempo para adquirir las propiedades fsicas de una soldadura (concavidad).

La Ciruga Laser: Usos Oftalmolgicos Y Otras Aplicaciones

Quitar tumores (especialmente de cerebro o hgado) produciendo al mnimo dao al tejido circundante, cauterizando automticamente los vasos y produciendo una cicatriz pequea.

Sellar o cauterizar vasos sanguneos de pequeo a mediano calibre (dimetro) con el objetivo de minimizar las hemorragias intraoperatorias evitando la prdida de sangre vital muy til para las cirugas plsticas y generales.

Cauterizar tambin los vasos linfticos, de esta forma se reduce el edema al no permitir la extravasacin de liquido intercelular y tambin evitara la diseminacin de clulas cancerigenas o tumorales.

Acta sobre las terminaciones nerviosas y de esta forma se reducira el dolor postoperatorio ya que no se daan en forma directa los sensores receptores.

Uso cosmtico en ciruga esttica o plstica para mejorar las caractersticas de la piel mediante la realizacin de procedimientos de lifting. La aplicacin del rayo lser sobre la piel estimula la produccin de fibras colgenas reduciendo la formacin de arrugas cutneas.

Por lo general produce un aumento significativo de la temperatura debido a que es absorbido por sustancias presentes en el cuerpo (melanina, sangre, pigmento de tatuajes, etc.) generando de esta forma una lesin controlada destruyendo el tejido afectado y produciendo una cicatriz. Existen varios tipos de rayos laser: el de dixido de carbono (CO2), el YAG laser (itrio-aluminio), entre otros. Cada laser se utiliza para cosas especificas inclusive dentro de una misma especialidad como por ejemplo la oftalmologa, se utilizan 3 tipos de lseres distintos.

Componentes de un Diodo Lser

Un diodo lser, similar a un diodo emisor de luz (LED), se compone de una unin entre dos semiconductores (una positiva y una negativa). Esta unin se conoce como una unin pn. Adems cuenta con un terminal para recoger la electricidad y un lente para enfocar el rayo lser. Estos semiconductores son increblemente pequeos, hechos de rebanadas muy delgadas de material semiconductor, y estn muy cuidadosamente fabricados a fin de crear una perfecta unin pn.

Tipos de Diodo laser

La estructura simple diodo lser, descrito anteriormente, es extremadamente ineficiente. Tales dispositivos requieren tanto poder que slo pueden lograr un funcionamiento por impulsos y sin daos. Aunque histricamente importante y fcil de explicar, estos dispositivos no son prcticos.

Lseres de heteroestructura doble

En estos dispositivos, una capa de material de baja banda prohibida se intercala entre dos capas de alta banda prohibida. Un par de materiales de uso comn es el arseniuro de galio con arseniuro de galio de aluminio. Cada una de las uniones entre los diferentes materiales de banda prohibida se llama una heteroestructura, de ah el nombre "lser de heteroestructura doble" o DH lser. El tipo de diodo de lser descrito en la primera parte del artculo puede ser denominado como un lser homounin, para el contraste con estos dispositivos ms populares.

La ventaja de un lser DH es que la regin en la que existen electrones libres y huecos simultneamente-la regin-se activa limita a la capa intermedia delgada. Esto significa que muchos ms de los pares electrn-hueco puede contribuir a la amplificacin no tantos se quedan en la periferia pobre de amplificacin. Adems, la luz se refleja desde la heterounin, por lo que la luz se limita a la regin en la que la amplificacin se lleva a cabo.

Lseres de cascada cuntica

En un lser de cascada cuntica, la diferencia entre los niveles de energa de pozo cuntico se utiliza para la transicin lser en lugar de la banda prohibida. Esto permite que la accin del lser en longitudes de onda relativamente largas, que pueden ser sintonizados simplemente alterando el espesor de la capa. Son lseres de heterounin.

Lser de retroalimentacin distribuida

Lser de retroalimentacin distribuida son el tipo de transmisor ms comn en los sistemas DWDM-. Para estabilizar la longitud de onda de accin lser, una rejilla de difraccin est grabada cerca de la unin pn del diodo. Esta rejilla acta como un filtro ptico, causando una nica longitud de onda para ser alimentado de nuevo a la zona de amplificacin y lser. Desde la rejilla proporciona la retroalimentacin que se requiere para la accin lser, no se requiere la reflexin de las facetas. Por lo tanto, al menos una de las facetas de un DFB es anti-reflexin revestido. El lser DFB tiene una longitud de onda estable que se establece durante la fabricacin por el terreno de juego de la rejilla, y slo se puede ajustar ligeramente con la temperatura. Lseres DFB son ampliamente utilizados en aplicaciones de comunicaciones pticas, donde una longitud de onda precisa y estable es crtica.

La corriente de este lser DFB umbral, en funcin de su caracterstica esttica, es de alrededor de 11 mA. La corriente de polarizacin adecuada en un rgimen lineal podra ser tomada en el medio de la caracterstica esttica.

Diodos lser de cavidad externa

son lseres sintonizables que utilizan heteroestructuras principalmente dobles diodos del tipo AlxGaAs. Los primeros diodos lser de cavidad externa utilizan etalones intracavitarios y simples rejas Littrow ajuste. Otros diseos incluyen rejillas en la configuracin de pastoreo incidencia y configuraciones de rejilla de mltiples prismas.

Diferentes estructuras del lser

Ventajas del Diodo Laser

Son muy eficientes.

Son muy fiables.

Tienen tiempos medios de vida muy largos.

Son econmicos.

Permiten la modulacin directa de la radiacin emitida, pudindose modular a dcimas de Gigahercio.

Su volumen y peso son pequeos.

El umbral de corriente que necesitan para funcionar es relativamente bajo.

Su consumo de energa es reducido (comparado con otras fuentes de luz)

El ancho de banda de su espectro de emisin es angosto (puede llegar a ser de slo algunos kHz)

Ventajas del diodo lser con un diodo LED

La emisin de luz es dirigida en una sola direccin: Un diodo LED emite fotones en muchas direcciones. Un diodo lser, en cambio, consigue realizar un guiado de la luz preferencial una sola direccin.

La emisin de luz es dirigida en una sola direccin

La emisin de luz lser es monocromtica: Los fotones emitidos por un lser poseen longitudes de onda muy cercanas entre s. En cambio, en la luz emitida por diodos LED, existen fotones con mayores dispersiones en cuanto a las longitudes de onda.

La emisin de luz lser es monocromtica

Con el lser se pueden conseguir rayos de luz monocromtica dirigidos en una direccin determinada. Como adems tambin puede controlarse la potencia emitida, el lser resulta un dispositivo ideal para aquellas operaciones en las que sea necesario entregar energa con precisin.

Un diodo lser requiere de una fuente de alimentacin de 100 a 200 mW. Se les hizo funcionar primero en el modo de pulsos en 1962. Luego se usaron en operacin en onda continua (OC) en los aos setentas.

Los diodos lser han tenido uso extenso como emisores en comunicacin por fibras pticas de alcance corto y largo, y como sensores en los reproductores de discos de compactos (DC). Los diodos lser se modulan con facilidad, conmutando la corriente de entrada a conectado y desconectado

Los diodos lser de un solo modo, capaces de emitir de 20 a 50 mW, tienen demanda para grabacin ptica, impresin a alta velocidad, sistemas de distribucin de datos, transmisin de datos y comunicaciones espaciales entre satlites en rbita.

Diferencias del diodo lser con un diodo LED

Lser

Ms rpido

Potencia de salida mayor

Emisin coherente de luz

Construccin es ms compleja

Actan como fuentes adecuadas en sistemas de telecomunicaciones

Modulacin a altas velocidades, hasta GHz

Led

Mayor estabilidad trmica

Menor potencia de salida

Mayor tiempo de vida

Emisin incoherente

Mas econmico

Se acoplan a fibras pticas en distancias cortas de transmisin

Velocidad de modulacin hasta 200MHz

Composicin Qumica De Un Diodo Laser De Estado Slido

El funcionamiento del diodo lser lo determinan su composicin qumica y su geometra.

Todos los diodos son, en esencia, estructuras de varias capas, formadas por varios tipos diferentes de material semiconductor. Los materiales son contaminados con impurezas por medio de qumicos, para darles ya sea un exceso de electrones (Tipo N) o un exceso de vacantes de electrones (Tipo P).

Los diodos lser que emiten en la regin 0.78 a 0.9 micrn, estn formados por capas de arseniuro de galio (GaAs) y arseniuro de aluminio y galio (ALGaAs) desarrollado sobre un subestrato de GaAs. Los dispositivos para longitud de onda mayor, que emiten a 1.3 a 1.67 micrones, se fabrican con capas de arseniuro fosfuro de indio y galio (InGaASP) y fosfuro de indio (InP), desarrollado sobre un subestrato de InP.

Muchos diodos lser tienen una capa delgada de oxido, depositada sobre la parte superior de la capa de cubierta final tipo P. En esta capa de oxido se hace un ataque qumico de manera que pueda formarse una cinta metlica de contacto en receso de poca profundidad, longitudinalmente a lo largo de la superficie superior del diodo. El ndice de refraccin de la capa activa es mayor que el del material tipo P y del material tipo N (las capas de recubrimiento) que estn arriba y abajo de sta. Como resultado, la luz es atrapada en una gua dielctrica de ondas formada por las dos capas de recubrimiento y la capa activa, y se propaga en ambas, la capa activa y las de recubrimiento.

El haz de luz que emerge del diodo lser forma una elipse vertical (en seccin transversal), aunque la regin lasrica es una elipse horizontal. La luz que se propaga dentro del diodo, se extiende hacia afuera en forma transversal (verticalmente) desde las capas de recubrimiento superior e inferior. Cuando el diodo est funcionando en el modo fundamental, el perfil de intensidad de su haz emitido en el plano transversal, es una curva de Gauss de forma acampanada.

En el lser se amplifica la luz al viajar hacia atrs y hacia adelante en la direccin longitudinal, entre las facetas de cristal de cada extremo del diodo. Los modos resonantes que se extienden en direccin perpendicular a la unin PN, se llaman modos transversales. La inyeccin de electrones y huecos en la capa activa situada abajo de la cinta metlica de contacto, altera el ndice de refraccin de la capa activa, y confina la luz lateralmente para que no se disperse hacia afuera, hacia ambos lados del centro de la capa activa.

Conclusin

El diodo lser es muy importante en nuestras vidas pues con ellos podemos guardar informacin en CD y otras unidades externas donde el diodo genera una luz la cual rebota en el espejo y esta va al ROM donde va enviando la informacin, logramos las impresiones con tecnologa lser donde el lser tiene una funcionalidad de cargar el papel con luces a travs de un prisma donde la hoja posteriormente va pasando a varias etapas que terminan el proceso de impresin, as como tambin la utilizacin de armas lser generando grandes cantidades de luz con diferentes composiciones, entre otras; esto nos da a entender la gran variedad de usos que tiene y todas las cosas que no podramos tener sin el.