Qu’est-ce qu’une diode laser ?
Une diode laser est une lumière qui utilise l’émission par recombinaison d’un semi-conducteur.
L’émission par recombinaison se produit lorsqu’un électron et un trou se rencontrent à la jonction et que l’énergie supplémentaire qu’ils ont en commun devient de la lumière.
La lumière d’une diode laser est une lumière laser à longueur d’onde unique et à alignement de phase, également connue sous le nom de laser à semi-conducteur et décrite comme DL. La couleur de la lumière laser à semi-conducteur est déterminée par les éléments constitutifs du semi-conducteur. Par exemple, InGaN est UV à vert (380-540 nm), AlGaInP est rouge (620-700 nm) et InGaAsP est IR. Les substrats respectifs sont “GaN” pour InGaN, “GaAs” pour AlGaInP et “InP” pour InGaAsP.
Les LED (diodes électroluminescentes) émettent de la lumière de la même manière que les lasers à semi-conducteurs mais la phase et la gamme de longueurs d’onde de la lumière sont plus variées que dans les lasers à semi-conducteurs. Ainsi, contrairement aux LED , les lasers à semi-conducteurs émettent de la lumière selon un principe appelé “émission induite”. Cela permet d’émettre une lumière intense avec une phase bien définie.
Utilisations des diodes laser
Les diodes laser sont largement utilisées dans les appareils grand public. En effet, elles sont de petite taille et peuvent être produites en masse. Cela maintient les coûts de production à un niveau bas.
Dans les équipements informatiques, les diodes laser sont utilisées dans les capteurs optiques pour les lecteurs optiques tels que les CD, DVD et BD, les photocopieurs, les imprimantes laser et les équipements de communication à base de fibres optiques. Les applications à haute puissance comprennent les marqueurs laser et les machines de traitement laser.
La nature de la lumière laser, résistante à la diffusion et d’une grande portée, a été utilisée dans les instruments d’arpentage et les pointeurs laser pour pointer des objets. Son utilisation s’est largement répandue avec la miniaturisation et la réduction du prix des éléments laser à semi-conducteur rouge de faible puissance.
Principe des diodes laser
Dans les diodes laser, la lumière est émise lorsque des trous et des électrons se recombinent sous l’effet d’une tension.
Le photon émis déclenche la recombinaison d’un autre électron avec le trou, l’un après l’autre, en émettant un photon. La lumière générée a la même phase et la même longueur d’onde. La longueur d’onde de la lumière étant toujours constante, ces diodes sont utilisées dans les situations où une quantité constante de lumière est nécessaire, telles que les lecteurs de codes-barres, les pointeurs laser et les communications par fibre optique.
Autres informations sur les diodes laser
1. Spécifications des diodes laser
La courbe L/I est utilisée pour comprendre les spécifications des diodes laser. Cette courbe permet d’enregistrer le courant d’entraînement fourni en fonction de l’intensité lumineuse émise.
Cette courbe est utilisée pour déterminer le point de fonctionnement (courant d’entraînement à la sortie d’émission nominale) et le courant de seuil (courant de démarrage du laser) du laser. Elle sert également à déterminer le courant nécessaire pour obtenir une puissance de sortie élevée à un courant particulier.
La lecture de ce diagramme de courbe permet de constater que la sortie optique dépend fortement de la température et qu’à mesure que la température augmente, les caractéristiques du laser diminuent également. Il est donc possible de visualiser et d’estimer l’efficacité de la diode laser en intégrant la courbe L/I.
2. Différence entre les diodes laser et les diodes électroluminescentes
Les diodes électroluminescentes se caractérisent par le fait que la lumière n’est pas en phase et se diffuse donc radialement. En revanche, les diodes laser sont en phase et produisent donc un faisceau de lumière linéaire.
Dans les diodes électroluminescentes, la couche émettrice de lumière a une grande surface. Cela rend difficile l’entrée de la lumière dans une petite fibre avec un petit système de cœur. Les diodes laser ont une couche d’émission étroite mais peuvent facilement pénétrer dans des fibres optiques dont le cœur est de petite taille.
Dans les diodes laser, le photon émis est déclenché par la recombinaison d’un trou et d’un électron lorsqu’une tension est appliquée, et un autre électron se recombine avec le trou l’un après l’autre, émettant ainsi un photon (émission induite). La lumière produite est donc de même phase et de même longueur d’onde. En revanche, la lumière produite par les diodes électroluminescentes présente différentes phases et longueurs d’onde.
3. Durée de vie des diodes laser
La durée de vie moyenne d’une diode laser dépend de l’environnement de fonctionnement : température de fonctionnement, électricité statique, surtensions de l’alimentation. Elle est généralement estimée à 10 000 heures. Parmi les facteurs environnementaux qui influencent la durée de vie, la température de fonctionnement est abordée ici.
Tout d’abord, l’augmentation de 10°C de la température de fonctionnement réduit la durée de vie de moitié. Si la température continue d’augmenter au-delà de la température de fonctionnement maximale, le risque d’endommagement de la diode laser et de dégradation des performances à long terme devient plus important. Il est donc recommandé d’utiliser des dissipateurs de chaleur pour évacuer la chaleur à l’intérieur du produit vers l’extérieur afin d’éviter autant que possible les effets de la production de chaleur.