Драйвер полупроводникового излучателя

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Драйвер полупроводникового излучателя — электронное устройство, предназначенное для преобразования электрических сигналов, целью которого является регулирование тока инжекции, а также, в некоторых случаях, температуры полупроводниковых излучателей.

Типы полупроводниковых излучателей[править]

Светодиод[править]

Длины волн[править]

Цвет светодиода часто указывают в нм (нанометры), которыми измеряют длину волны света. Светодиоды не являются полностью монохроматичными, а характеризуются шириной спектра. Например, в стандартном зеленом светодиоде точка с наибольшей мощностью - 565 нм, но светодиод излучает свет в диапазоне от  520 до 610 нм. Половина ширины спектральной линии для этого светодиода - около 30 нм. Выпускаются стандартные светодиоды следующих цветов: инфракрасный (более 1100 нм), ближняя часть ИК-диапазона (700-1100 нм), красный (700-640 нм), оранжевый (625-615 нм), желтый (600-585 нм), зеленый (555-520 нм), синий (480-450 нм), фиолетовый (430-395 нм), ультрафиолетовый (395-320 нм) , белый (широкий спектр) и другие.

Мощность[править]

  • Светодиоды малой мощности[1]

Так же их называют индикаторными. Их смело можно назвать самым распространенным видом светодиодов. Они небольшого размера (2-20 миллиметров в диаметре). Практически все белые маломощные светодиоды обладают параметрами 20 мА 3,2 В. То есть его мощность – 0,06 Вт. SMD 3528 делается как раз из таких индикаторных светодиодов. А вот SMD 5050 сделаны из соединенных по трое светодиодов. Их мощность – в районе 0,2 ватта.

  • Мощные светодиоды

У каждого светодиода существует понятие - максимальный рабочий ток. Вот он и определяет максимальную мощность светодиода. При этом его фактическая мощность зависит от тока, на который вы его включите. Для типового китайского "эмиттера" максимальный рабочий ток - 700 мА.  Это означает, что его максимальная мощность равна произведению напряжения на ток, то есть примерно 3,7 В*0,7А=2,6 ватта. Фактически при продаже часто округляют до трех ватт. К тому же у недорогих кристаллов падение напряжения выше, и на токе 0,7А может достигать 4-4,5 вольт, а это уже полноценные три ватта. Чем меньше падение напряжения на токе 700 мА, тем экономичнее светодиод.

Типы корпусов[править]

Светодиодная матрица и светодиод для выводного монтажа

Светодиоды, работающие в видимом диапазоне спектра, выпускаются различных размеров и форм, в зависимости от варианта исполнения различаются и области применения светодиодов:

  • Светодиоды для выводного монтажа
  • Светодиоды для поверхностного монтажа (SMD)

Помимо светодиодов в отдельных корпусах, выпускаются светодиодные модули, кластеры, матрицы и индикаторы, состоящие из набора отдельных светодиодов, смонтированных в единый внешний корпус, с возможной заливкой компаундом, либо изготавливаются в монолитных корпусах из эпоксидной смолы.

Применение[править]

  • все виды световой рекламы[2] (вывески, щиты, световые короба и др.)
  • замена неона
  • дизайн помещений
  • дизайн мебели
  • архитектурная и ландшафтная подсветка
  • одноцветные дисплеи с бегущей строкой
  • магистральные информационные табло
  • полноцветные дисплеи для больших видеоэкранов
  • внутреннее и внешнее освещение в автомобилях, грузовиках и автобусах
  • дорожные знаки и светофоры

Производители[править]

Стандартный лазерный диод[править]

Длины волн[править]

Весь видимый цветовой спектр примерно выглядит так:

  • фиолетовый 400-450 нм;
  • синий 450-480 нм;
  • голубой 480-510 нм;
  • зеленый 510-575 нм;
  • желтый 575-585 нм;
  • оранжевый 585-620 нм;
  • красный 620-760 нм.

Мощность[править]

Кривая оптической выходной мощности лазерного диода имеет два различных наклона.[3] Когда ток ниже порогового значения, устройство работает как светодиод с низким или отсутствующим выходом. Действие лазера проявляется лишь при превышении порога. Пороговый ток обычно находится в диапазоне от 30 до 250 мА, с напряжением смещения от 1,2 до 2 вольт. Практические устройства обычно работают с током от 20 до 40 мА выше порога и могут генерировать выходную мощность света от 1 до 10 мВт в непрерывном режиме и даже больше при пульсировании с низкопроизводительными циклами. Некоторые лазеры работают с выходной оптической мощностью до нескольких сот милливатт.

Типы корпусов[править]

  • 9ММ

Корпус 9MM используется в лазерах до 2Вт. Это идеальный, дешевый корпус для недорогих лазерных устройств.

  • TO56

TO56 — 5.6мм корпус для очень слабых лазеров (например для лазеров из DVD-RW).

Применение[править]

Каждый тип лазерного диода находит практическое применение[4], ввиду своих уникальных особенностей. Стоимость маломощных образцов снизилась во много раз, о чём свидетельствует их применение в детских игрушках и указках. Ими оснащают лазерные рулетки-дальномеры, что позволяет одному человеку проводить замер расстояний и сопутствующие вычисления. На красных лазерах основана работа считывателей штрих-кодов, компьютерных манипуляторов и DVD-проигрывателей. Некоторые виды используют в проведении научных исследований и для накачки других лазеров.

Производители[править]

  Лазерные диоды инфракрасного диапазона, с волоконным выходом и без.

 Инфракрасные лазерные диоды, одночастотные, одномодовые и многомодовые, работающие как в импульсном, так и в непрерывном режимах, с возможностью перестройки по длинам волн в диапазоне от 630 нм до 1120 нм.

 Селективные лазерные диоды.

 Все виды лазерных диодов и светодиодов, включая CW, VCSEL, импульсные и т.д.

Сильнотоковый лазерный диод[править]

Длины волн[править]

Стандартные длины волн для лазерных диодов высокой мощности: 445, 635, 660, 808, 915, 940, 970, 1060, 1260, 1530, 1750 нм и другие.

Мощность[править]

Мощность таких лазерных диодов варьируется от 1 Вт до 35 Вт и выше.

Лазерный диод в корпусе ТО18

Типы корпусов[править]

  • HHL

Корпус HHL самый большой стандартный корпус для диода. Его размер примерно 3,5 квадратных сантиметра. Предназначен для очень горячих диодов(от 2Вт и выше). Используется в основном в лазерных модулях высокой мощности, а также модифицированная версия данного корпуса используется в оптических каналах связи.

  • TO3

TO3 это 9ти ножковый корпус. В нем могут использоваться диоды до 5Вт, но обычно дело ограничивается 1Вт и 2Вт диодами.

  • C-mount

C-mount — это открытый корпус для диодов вплоть до 5Вт(при использовании дополнительного охлаждения).

  • T018

Корпус T018 отличается тем, что на него очень легко можно установить радиатор, увеличив эффективность пассивного охлаждения. В таком корпусе выполнены некоторые отечественные импульсные лазеры с трансформатором внутри.

Применение[править]

  • Медицина (терапия, хирургия, онкология, офтальмология, косметология и т.д.)
  • Накачка твердотельных лазеров
  • Обработка материалов
  • Полиграфия
  • Системы беспроводной оптической связи
  • Датчики и охранные системы
  • Автоматика и робототехника
  • Спектроскопия
  • Исследования

Производители[править]

Узкополосный термостабилизированный лазерный диод[править]

Длины волн[править]

Несмотря на то, что можно создать полупроводниковый лазер с практически любой длиной волны в диапазоне от ближнего УФ до ближнего ИК, существует стандартный набор длин волн, лазеров, оптимизированный для различных применений.[5]

Например, накачки твердотельных лазеров и волоконных лазеров, легированных ионами Nd / Yb / Er / Tm (808 nm, 915 nm, 938 nm, 976 nm, 980 nm, 1064 nm, 1470 nm, 1540 nm), рамановской спектроскопии и др.

Мощность[править]

Мощность узкополосных лазерных диодов составляет, как правило, от единиц мВт до 1 Вт. Более мощные диоды имеют плохие характеристики пучка.

Корпус Dual-In-Line

Типы корпусов[править]

  • DIL - Dual-In-Line

Использование данного корпуса обосновано для мощностей более 10 мВт (для различных длин волн это значение заметно варьируется), когда площади поверхности полупроводника недостаточно для отведения тепла. Более эффективный отвод тепла достигается за счёт использования встроенного холодильника Пельтье, отводя тепло на противоположную по отношению к волоконному выходу грань алюминиевого корпуса.

  • DBUT - Dual-Butterfly
Корпус Dual-Butterfly

Самый распространнёный корпус для лазерных диодов с мощностями от 10 мВт до 800 мВт и более. Основное отличие-преимущество перед DIL-корпусом - более эффективный теплоотвод за счет увеличенной площади контакта элемента Пельтье с корпусом лазерного модуля - основной теплоотводящей поверхностью является нижняя. Для этого электрические выводы были перенесены на боковые грани, что усложняет организацию разъёмного соединения лазерного модуля с платой управления.

  • SBUT - Single-Butterfly

Односторонний вариант полного BUTTERFLY корпуса. Из-за вдвое меньшего количества выводов, отсутствует возможность использовать внутренний фотодиод.

Применение[править]

Применяется в научных исследованиях, системах связи, медицине, спектральном анализе, сценическом освещении и т.д. Представляет собой устройство, в котором генерация происходит, как правило, за счет вынужденного излучения фотонов при межзонных переходах электронов в условиях высокой концентрации носителей в зоне проводимости.

Производители[править]

Телекоммуникационный лазерный диод[править]

Длины волн[править]

В системах многочастотной оптоволоконной связи чаще всего используются лазеры с распределѐнной обратной связью (РОС)[6]. Чтобы стабилизировать длину волны, в районе p-n перехода создаѐтся поперечная насечка, образующая дифракционную решѐтку. Благодаря этой насечке, излучение только с одной длиной волны возвращается обратно в резонатор  и участвует в дальнейшем усилении. РОС-лазеры имеют стабильную длину волны излучения, которая определяется на этапе производства шагом насечки, но может незначительно меняться под влиянием температуры. Такие лазеры — основа современных оптических телекоммуникационных систем.

Мощность[править]

Лазерные диоды для оптоволоконных линий связи работают в импульсном режиме, мощность таких диодов небольшая, порядка 10-20 мВт.

Типы корпусов[править]

  • HHLF

Модификация HHL корпуса специально для оптических каналов связи.

  • T03F

Модификация T03 корпуса специально для оптических каналов связи.

  • T0259

T0259 — 3х ножный корпус для лазеров вплоть до 5Вт. Используется в недорогих оптических каналах связи.

Применение[править]

Небольшие лазерные диоды позволяют осуществлять быстрое переключение и модуляцию оптической мощности, что позволяет их использовать, например, в передатчиках оптоволоконных линий.

Производители[править]

Суперлюминесцентный диод[править]

Длины волн[править]

В отличие от полупроводниковых светодиодов, в рабочем режиме суперлюминесцентные диоды излучают в режиме суперлюминесценции, то есть усиления спонтанного излучения за счет вынужденного испускания. В результате в СЛД, как и в полупроводниковых лазерах, усиливается спонтанное излучение p-n-перехода светодиода. Полоса испускания суперлюминесцентных диодов (на 2005 год) — 5—100 нм, что больше, чем у полупроводниковых лазеров, но меньше, чем у светодиодов.

Мощность[править]

В слаботочном режиме суперлюминесцентный диод работает как обычный светодиод, при достижении инверсии населённости и выходе на суперлюминесцентный режим мощность излучения резко возрастает. Рабочие плотности тока режима суперлюминесценции у СЛД значительно выше, чем у светодиодов (из-за необходимости обеспечения инверсии заселённости) и у полупроводниковых лазеров (меньший оптический путь усиления из-за отсутствия оптического резонатора). По мощности излучения СЛД приближается к диодному лазеру (на 2005 год — десятки милливатт).

Типы корпусов[править]

Выпускаются чаще всего в корпусах, характерных для лазерных диодов, с выходом излучения через окно или оптоволокно.

  • 14 pin Butterfly
  • 14 pin DIL
  • 9mm TO

Применение[править]

Суперлюминесцентные диоды находят широкое применение во многих областях науки и техники: в волоконных оптических гироскопах, в офтальмологии, в оптической рефлектометрии, в оптических телекоммуникациях, в приборах, нуждающихся в сигнале с низкой временной когерентностью при сохранении высокой пространственной когерентности.

Производители[править]

Классификация драйверов по типу полупроводникового излучателя[править]

Драйвер светодиода[править]

Основной функцией драйвера для светодиодов является обеспечение стабилизированного тока, проходящего через LED-прибор.[7] Значение тока, протекающего через кристалл полупроводника, должно соответствовать паспортным параметрам светодиода. Это обеспечит устойчивость свечения кристалла и поможет избежать его преждевременной деградации. Кроме того при заданном токе падение напряжения будет соответствовать величине, необходимой для p-n перехода. Узнать соответствующее напряжение питания светодиода можно воспользовавшись вольт-амперной характеристикой.

Напряжение драйвера на выходе указывается в интервале двух конечных значений, между которыми обеспечивается стабильное функционирование. Существуют адаптеры с интервалом от 3В до нескольких десятков.

Производители[править]

Драйвер стандартного лазерного диода[править]

С электронной точки зрения лазерный диод — это обычный диод, ВАХ которого широко известна. Главной оптической характеристикой является зависимость выходной оптической мощности от тока, протекающего через p-n переход. Таким образом, необходимая часть абсолютно любого драйвера излучающего диода — источник тока. Функционал источника тока (диапазон, стабильность, модуляция и прочее) напрямую задает функционал оптической мощности. Для таких диодов нет необходимости в контроле температуры, а точность стабилизации тока невысокая. Также важным свойством драйвера является тип корпуса лазерного диода, который он поддерживает.

Производители[править]

Драйвер сильнотокового лазерного диода[править]

Драйверы сильнотоковых диодов обеспечивают большой диапазон регулирования тока. Требования к точности невысокие, а охлаждение обеспечивается пассивными элементами.

Производители[править]

Драйвер термостабилизированного лазерного диода

Драйвер узкополосного термостабилизированного лазерного диода[править]

Помимо поддержания нужного уровня средней мощности в лазерах с активным охлаждением драйвер должен обеспечивать управление охладителем. Структурно управление током диода и охлаждением может быть как одним устройством, так и двумя отдельными устройствами. К узкополосным лазерным диодам предъявляются высокие требования к точности контроля тока и температуры.

Производители[править]

Драйвер телекоммуникационного лазерного диода[править]

У телекоммуникационных лазерных диодов небольшой диапазон перестройки тока, драйвер обеспечивает невысокую точность стабилизации тока, контроль температуры не предусмотрен.

Производители[править]

Драйвер суперлюминесцентного диода[править]

Драйверы СЛД обеспечивают невысокие требования к качеству тока, так как СЛД имеют ширину полосы от 5 нм до 100 нм, а центр может принимать значения от 400 до 1700 нм. Сами диоды более хрупкие, их конструкция чувствительна к перепадам тока.

Производители[править]

Примечания[править]

  1. ↑ Как определить мощность светодиода (рус.). le-diod.ru. Проверено 16 ноября 2017.
  2. ↑ Светодиоды Paulmann (Германия). Светодиодная лента YourLED. – Новости освещения Paulmann (рус.). news.paulmann-light.ru. Проверено 16 ноября 2017.
  3. ↑ Рабочие параметры лазерного диода. izmer-ls.ru. Проверено 16 ноября 2017.
  4. ↑ Лазерный диод: принцип работы, виды и применение (рус.). ledjournal.info. Проверено 16 ноября 2017.
  5. ↑ Полупроводниковые лазеры. www.laser-portal.ru. Проверено 16 ноября 2017.
  6. ↑ Лазер с распределённой обратной связью (рус.) // Википедия. — 2016-10-09.
  7. ↑ Драйверы для светодиодов: виды, характеристики и критерии выбора устройств (рус.), Remoo.RU. Проверено 16 ноября 2017.
Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Драйвер_полупроводникового_излучателя&oldid=1391922