Diodo láser

Un diodo l�ser (DL) es un dispositivo semiconductor similar a un led^[1] pero que bajo las condiciones adecuadas emite luz l�ser.

Visi�n general

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 est�n en la misma regi�n, pueden recombinarse cayendo el electr�n al hueco y emitiendo un fot�n con la energ�a correspondiente a la banda prohibida (v�ase semiconductor).

Esta emisi�n espont�nea se produce normalmente en los diodos semiconductores, pero solo es visible en algunos de ellos (como los Ledes), que tienen una disposici�n constructiva especial con el prop�sito de evitar que la radiaci�n sea reabsorbida por el material circundante, y habitualmente una energ�a de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible; en otros diodos, la energ�a se libera principalmente en forma de calor, radiaci�n infrarroja o radiaci�n ultravioleta. En condiciones apropiadas, el electr�n y el hueco pueden coexistir un breve tiempo, del orden de nanosegundos, antes de recombinarse, de forma que si un fot�n con la energ�a apropiada pasa por casualidad por all� durante ese periodo, se producir� la emisi�n estimulada (v�ase l�ser), es decir, al producirse la recombinaci�n el fot�n emitido tendr� igual frecuencia, polarizaci�n y fase que el primer fot�n.

En los diodos l�ser, para favorecer la emisi�n estimulada y generaci�n de luz l�ser, el cristal semiconductor del diodo puede tener la forma de una l�mina delgada con un lado totalmente reflectante y otro solo reflectante de forma parcial (aunque muy reflectante tambi�n), logr�ndose as� una uni�n PN de grandes dimensiones con las caras exteriores perfectamente paralelas y reflectantes. Es importante aclarar que las dimensiones de la uni�n PN guardan una estrecha relaci�n con la longitud de onda a emitir.

Este conjunto forma una gu�a de onda similar a un resonador de tipo Fabry-Perot. En ella, los fotones emitidos en la direcci�n adecuada se reflejar�n repetidamente en dichas caras reflectantes (en una totalmente y en la otra solo parcialmente), lo que ayuda a su vez a la emisi�n de m�s fotones estimulados dentro del material semiconductor y consiguientemente a que se amplifique la luz (mientras dure el bombeo derivado de la circulaci�n de corriente por el diodo). Parte de estos fotones saldr�n del diodo l�ser a trav�s de la cara parcialmente transparente (la que es solo 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 emisi�n estimulada), posee una gran pureza espectral. Por tanto, como la luz emitida por este tipo de diodos es de tipo l�ser, a estos diodos se los conoce por el mismo nombre.

Caracter�sticas

Luz sincronizada.
Luz con misma frecuencia y fase.

Aplicaciones

Comunicaciones de datos por fibra �ptica.
Lectores de CD, DVD, Blu-rays, HD DVD, entre otros.
Interconexiones �pticas entre circuitos integrados.
Impresoras l�ser.
Esc�neres o digitalizadores.
Sensores.
Tratamiento con l�ser odontol�gico.
Depilaci�n corporal.
Pantalla l�ser.
Odontolog�a.
Oftalmolog�a.

Ventajas y desventajas

Ventajas

Son muy eficientes.
Son muy fiables.
Tienen tiempos medios de vida muy largos.
Son econ�micos.
Permiten la modulaci�n directa de la radiaci�n emitida, pudi�ndose modular a d�cimas de Gigahercio.
Su volumen y peso son peque�os.
El umbral de corriente que necesitan para funcionar es relativamente bajo.
Su consumo de energ�a es reducido (comparado con otras fuentes de luz).
El ancho de banda de su espectro de emisi�n es angosto (puede llegar a ser de solo algunos kHz).

Desventajas

Una baja potencia a consecuencia de las bandas de energ�a ocupadas por los electrones.
Una alta sensibilidad a los cambios de temperatura.
Alto calentamiento al pasar corriente sobre el material diodo.
Poca colimaci�n en el haz obtenido.

A pesar de las desventajas, el l�ser de semiconductores es el segundo m�s vendido despu�s del l�ser He-Ne por sus usos en computadoras, impresoras, medios de comunicaci�n, tratamientos m�dicos, etc.

Una clase especial: VCSEL (Vertical cavity surface emitting laser)

Los VCSEL (vertical-cavity surface-emitting lasers) son l�seres de semiconductor en los que la luz se propaga perpendicularmente al plano de la regi�n activa. Algunas de sus caracter�sticas m�s interesantes son: consumir poca potencia, poder operar en un solo modo longitudinal, emitir un haz circular que hace m�s f�cil su acoplamiento a fibra, baja corriente umbral y fabricaci�n barata. Por otra parte, debido a su peque�o tama�o y a su estructura vertical pueden realizarse agrupaciones bidimensionales de l�seres. Se ha conseguido incluso producir en masa VCSELs de tama�o reducido, lo que los ha convertido en la fuente de luz m�s adecuada para los sistemas de comunicaciones a corta distancia a trav�s de fibra �ptica.^[2] Por otra parte, el reducido tama�o de estos l�seres hace necesaria la existencia de espejos de alta reflectividad para poder generar la emisi�n l�ser.^[3] Por todas estas razones, los VCSELs son una opción atractiva en el mercado de las comunicaciones ópticas, pudiendo también ser empleados en lectores de códigos de barras, impresoras, ratones, etc. Los VCSELs también son dispositivos interesantes en el campo del procesamiento todo–óptico de señales para su uso como regeneradores e inversores todo–ópticos, dispositivos biestables (“flip–flop”) todo–ópticos y memorias ópticas. Este tipo de dispositivos se basan en el comportamiento óptico biestable, que puede conseguirse mediante la inyección óptica en láseres de semiconductor.

Véase también

Referencias

↑ Hasta el año 2001, «led» se escribía en español como una sigla: con mayúsculas y sin plural (un LED, dos LED). Actualmente, ha sido aceptado por la Real Academia Española (véase el artículo «led» (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última). en el Diccionario de la lengua española). Su plural es «ledes» (como redes).
↑ «What is a VCSEL | VCSEL». myvcsel.com. Archivado desde el original el 24 de octubre de 2016. Consultado el 23 de octubre de 2016.
↑ «P. L. Gourley and K. L. Lear, A Different Mirror, IEEE Spectrum, Vol. 31, pages 31-37, 1994». ieeexplore.ieee.org. Consultado el 23 de octubre de 2016.

Datos: Q321098
Multimedia: Diode lasers / Q321098

[RAE-1] Hasta el año 2001, «led» se escribía en español como una sigla: con mayúsculas y sin plural (un LED, dos LED). Actualmente, ha sido aceptado por la Real Academia Española (véase el artículo «led» (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última). en el Diccionario de la lengua española). Su plural es «ledes» (como redes).

[2] «What is a VCSEL | VCSEL». myvcsel.com. Archivado desde el original el 24 de octubre de 2016. Consultado el 23 de octubre de 2016.

[3] «P. L. Gourley and K. L. Lear, A Different Mirror, IEEE Spectrum, Vol. 31, pages 31-37, 1994». ieeexplore.ieee.org. Consultado el 23 de octubre de 2016.

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