دیود لیزری با موج پیوسته (Continuous Wave Laser Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود لیزری با موج پیوسته (Continuous Wave Laser Diode) :
دیود لیزری با موج پیوسته یا CW Laser Diode (Continuous Wave Laser Diode) نوعی دیود لیزری است که در آن لیزر به طور مداوم و بدون قطع شدن (Continuous Wave) روشن می ماند و پرتو لیزر به صورت پیوسته ساطع می شود. این در مقابل لیزرهای پالسی (Pulsed Lasers) قرار می گیرد که در آنها لیزر در پالس های کوتاه و با فرکانس مشخص روشن و خاموش می شود.
در دیود لیزری CW، جریان الکتریکی بالاتر از جریان آستانه (Threshold Current) به طور مداوم به دیود اعمال می شود و دیود به طور پایدار در ناحیه لیزرینگ (Lasing Region) کار می کند. شدت نور خروجی در این حالت تقریبا ثابت است و به جریان ورودی وابسته است. توان خروجی لیزرهای CW معمولا از چند میلی وات تا چند وات متغیر است، هرچند لیزرهای CW پرقدرت با توان ده ها وات نیز وجود دارند.
یکی از چالش های اصلی در لیزرهای CW، مدیریت حرارتی (Thermal Management) است. از آنجایی که لیزر به طور مداوم روشن است، گرمای قابل توجهی در ناحیه فعال (Active Region) تولید می شود. این گرما باعث افزایش جریان آستانه، کاهش بازده و تغییر طول موج خروجی (طول موج با دما تغییر می کند) می شود. در دماهای بسیار بالا، ممکن است لیزر از کار بیفتد یا آسیب ببیند.
برای مقابله با گرمای تولید شده، لیزرهای CW معمولا بر روی هیت سینک (Heat Sink) مناسب نصب می شوند. در لیزرهای CW با توان بالاتر، از خنک کاری فعال (Active Cooling) مانند ترموالکتریک کولر (TEC) یا حتی خنک کاری با آب استفاده می شود. ترموالکتریک کولرها (Peltier Coolers) معمولا برای تثبیت دمای لیزر و در نتیجه تثبیت طول موج خروجی به کار می روند.
پایداری طول موج (Wavelength Stability) در لیزرهای CW بسیار مهم است. در کاربردهایی مانند مخابرات نوری یا طیف سنجی، تغییر طول موج حتی به اندازه کسری از نانومتر می تواند مشکل ساز باشد. بنابراین از لیزرهای CW با ساختارهای خاص مانند DFB (Distributed Feedback) یا DBR (Distributed Bragg Reflector) استفاده می شود که طول موج بسیار پایدارتری دارند.
کاربردهای لیزر CW بسیار گسترده است. در مخابرات فیبر نوری، از لیزرهای CW مدوله شده خارجی (Externally Modulated) برای ارسال داده ها با سرعت بالا استفاده می شود (لیزر خود به صورت CW کار می کند و یک مدولاتور خارجی نور را قطع و وصل می کند). در چاپگرهای لیزری، از لیزر CW برای نوشتن خط به خط بر روی درام استفاده می شود. در اسکنرهای بارکد، لیزر CW به کار می رود.
در پزشکی، از لیزرهای CW برای کاربردهایی مانند انعقاد عروق (Coagulation) در چشم پزشکی، درمان های پوستی (حذف موهای زائد با لیزر دیود)، و فیزیوتراپی (لیزر درمانی کم توان) استفاده می شود. در صنعت، لیزرهای CW برای جوشکاری پلاستیک، مارکینگ (Marking) و برش مواد نازک با لیزر به کار می روند.
پمپاژ نوری (Optical Pumping) لیزرهای دیگر یکی دیگر از کاربردهای مهم لیزرهای CW است. برای مثال، لیزرهای حالت جامد (Solid-State Lasers) مانند لیزر Nd:YAG یا لیزرهای فیبر نوری (Fiber Lasers) اغلب توسط آرایه ای از لیزرهای دیودی CW پمپ می شوند. این روش پمپاژ بسیار کارآمدتر از لامپ های فلاش (Flash Lamps) است.
در تحقیقات علمی، لیزرهای CW برای طیف سنجی (Spectroscopy)، میکروسکوپی کانفوکال (Confocal Microscopy)، دستکاری ذرات با انبرک نوری (Optical Tweezers) و خنک کاری لیزری (Laser Cooling) استفاده می شوند. پایداری فرکانس و خلوص طیفی بالای لیزرهای CW تک فرکانس (Single-Frequency) برای این کاربردها حیاتی است.
توان خروجی لیزرهای CW به عوامل مختلفی مانند جریان، دما و ساختار لیزر بستگی دارد. با افزایش جریان بالای آستانه، توان خروجی به صورت خطی افزایش می یابد تا زمانی که پدیده های غیرخطی مانند اشباع بهره (Gain Saturation) یا گرمای بیش از حد باعث محدود شدن توان شوند. راندمان تبدیل (Slope Efficiency) که شیب منحنی توان-جریان است، یکی از پارامترهای مهم لیزر CW است.
نویز (Noise) در لیزرهای CW نیز یک پارامتر مهم است. نویز شدت نسبی (Relative Intensity Noise - RIN) نوسانات توان خروجی را نشان می دهد. در کاربردهای دقیق مانند مخابرات، RIN باید بسیار پایین باشد. منابع نویز در لیزر CW شامل نوسانات خودبه خودی در بازترکیب حامل ها، نوسانات دمایی و نویز منبع تغذیه است.
انتخاب لیزر CW مناسب برای یک کاربرد خاص نیازمند توجه به پارامترهایی مانند طول موج، توان خروجی، پهنای خط طیفی (Linewidth)، کیفیت پرتو (Beam Quality - M²)، پایداری طول موج و توان، نویز، و الزامات خنک کاری است. مشاوره با تولیدکنندگان و مطالعه دقیق دیتاشیت برای اطمینان از عملکرد مطلوب در شرایط کاری مورد نظر ضروری است.
