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Diodos láser multimodo: tienen una amplia región activa que admite múltiples modos ópticos, lo que da como resultado un haz más amplio con alta divergencia y baja coherencia. Tienen alta potencia de salida y amplio ancho espectral. Se utilizan para aplicaciones que requieren alta intensidad y brillo, como corte por láser, soldadura, impresión e iluminación.
Diodos láser del amplificador de potencia del oscilador maestro (MOPA): combinan un diodo láser monomodo como oscilador con un diodo láser multimodo como amplificador para aumentar la potencia de salida sin comprometer el ancho espectral o la coherencia. Se utilizan para aplicaciones que requieren alta potencia y espectro estrecho, como lidar, telémetro e imágenes médicas.
Diodos láser emisores de superficie de cavidad vertical (VCSEL): emiten luz perpendicular a la superficie del dispositivo, en lugar de paralela a ella, como en los diodos láser emisores de borde convencionales. Tienen una cavidad óptica corta con reflectores Bragg distribuidos (DBR) en ambos extremos para proporcionar retroalimentación. Tienen un umbral de corriente bajo, alta eficiencia, perfil de haz circular y fácil integración con otros dispositivos. Se utilizan para aplicaciones como interconexiones ópticas, comunicación de datos, detección y ratones ópticos.
Diodos láser de retroalimentación distribuida (DFB): tienen una estructura periódica incrustada en la región activa que actúa como una rejilla para proporcionar retroalimentación y selección de longitud de onda. Tienen un ancho espectral estrecho, alta estabilidad, bajo ruido y capacidad de sintonización. Se utilizan para aplicaciones como comunicación por fibra óptica, espectroscopia y metrología.
Láseres de diodo de cavidad externa (ECDL): utilizan un componente óptico externo, como una rejilla o un prisma, para proporcionar retroalimentación y selección de longitud de onda en lugar de una cavidad interna. Tienen alta sintonizabilidad, ancho espectral estrecho, bajo ruido y alta coherencia. Se utilizan para aplicaciones como espectroscopia, metrología, física atómica y óptica cuántica.
¿Cuáles son las aplicaciones de los diodos láser?
Los diodos láser tienen una amplia gama de aplicaciones en diversos campos debido a sus ventajas como tamaño compacto, bajo consumo de energía, alta eficiencia, larga vida útil y versatilidad. Algunas de sus aplicaciones son:
Almacenamiento óptico: los diodos láser se utilizan para leer y escribir datos en discos ópticos como CD, DVD y discos Blu-ray. Utilizan diferentes longitudes de onda de luz para almacenar diferentes cantidades de datos en diferentes capas de discos. Por ejemplo, los CD utilizan diodos láser rojos con una longitud de onda de 780 nm, los DVD utilizan diodos láser azul-violeta con una longitud de onda de 405 nm y los discos Blu-ray utilizan diodos láser azules con una longitud de onda de 450 nm.
Comunicación óptica: Los diodos láser se utilizan para transmitir datos a largas distancias mediante cables de fibra óptica. Modulan su intensidad o frecuencia según la señal de datos y envían pulsos de luz a través de finas fibras de vidrio que los transportan con mínimas pérdidas o interferencias. Utilizan diferentes longitudes de onda de luz para multiplexar múltiples canales de datos en una sola fibra, aumentando su capacidad. Por ejemplo, los sistemas de comunicación de fibra óptica utilizan diodos láser infrarrojos con longitudes de onda que oscilan entre 800 nm y 1600 nm.
Escaneo óptico: los diodos láser se utilizan para escanear códigos de barras, códigos UPC y otros patrones utilizando dispositivos como lectores de códigos de barras, escáneres e impresoras. Emiten un haz de luz que se refleja en el patrón hacia un fotodetector que lo convierte en una señal eléctrica. Utilizan longitudes de onda de luz visibles o infrarrojas cercanas según el tipo y color del patrón. Por ejemplo, los lectores de códigos de barras utilizan diodos láser rojos con una longitud de onda de 650 nm.
Detección óptica: los diodos láser se utilizan para medir diversos parámetros físicos como distancia, velocidad, temperatura, presión y concentración mediante dispositivos como lidar, radar, termómetros, sensores de presión y analizadores de gas. Emiten un haz de luz que interactúa con el objeto o medio objetivo y regresa a un detector que analiza sus propiedades. Utilizan diferentes longitudes de onda de luz según el tipo y rango de medición. Por ejemplo, los sistemas lidar utilizan diodos láser del infrarrojo cercano con una longitud de onda de 905 nm o 1550 nm.
Pantalla óptica: los diodos láser se utilizan para proyectar imágenes o información en pantallas o superficies utilizando dispositivos como proyectores, televisores, monitores y hologramas. Emiten haces de luz roja, verde y azul que se combinan para formar diferentes colores y formas según la señal de entrada. Utilizan longitudes de onda de luz visibles según la resolución y el brillo de la pantalla. Por ejemplo, los proyectores láser utilizan diodos láser rojos con una longitud de onda de 635 nm, diodos láser verdes con una longitud de onda de 520 nm y diodos láser azules con una longitud de onda de 445 nm.
Cirugía óptica: los diodos láser se utilizan para realizar diversos procedimientos médicos como corte, cauterización, ablación, coagulación y fotocoagulación utilizando dispositivos como láseres quirúrgicos y endoscopios. Emiten haces de luz que penetran en el tejido y provocan efectos térmicos o fotoquímicos dependiendo de la potencia y duración de la exposición. Utilizan diferentes longitudes de onda de luz según el tipo y la profundidad del tratamiento. Por ejemplo, los láseres oftálmicos utilizan diodos láser verdes con una longitud de onda de 532 nm para tratar enfermedades de la retina y maculares.
Ventajas de los diodos láser
Los diodos láser tienen varias ventajas sobre otros tipos de láseres, como por ejemplo:
Tamaño compacto: los diodos láser son muy pequeños y livianos, lo que los hace fáciles de integrar con otros dispositivos y sistemas.
Bajo consumo de energía: los diodos láser requieren bajo voltaje y corriente para funcionar, lo que reduce el costo de energía y la generación de calor.
Alta eficiencia: los diodos láser convierten una gran fracción de la entrada eléctrica en salida óptica, lo que da como resultado un alto brillo e intensidad.
Larga vida útil: los diodos láser tienen una larga vida operativa y duran miles de horas sin degradación ni fallas.
Versatilidad: los diodos láser pueden producir luz en varias longitudes de onda, modos y patrones, lo que permite una amplia gama de aplicaciones y personalización.
Desventajas de los diodos láser
Los diodos láser también tienen algunas desventajas, como por ejemplo:
Sensibilidad a la temperatura: los diodos láser son sensibles a los cambios de temperatura, lo que puede afectar su rendimiento y confiabilidad. Es posible que requieran sistemas de refrigeración o controladores de temperatura para mantener condiciones óptimas.
Retroalimentación óptica: los diodos láser son propensos a recibir retroalimentación óptica que puede desestabilizar, crear ruido o dañar el dispositivo, lo que a menudo requiere aisladores o filtros para bloquear reflejos no deseados.
Salto de modo: los diodos láser pueden presentar salto de modo, que es un cambio repentino en la longitud de onda o modo de salida debido a fluctuaciones en la temperatura, la corriente o la retroalimentación óptica. Esto puede afectar la coherencia y estabilidad del haz de salida.
Costo: Los diodos láser pueden ser costosos, especialmente para dispositivos sintonizables o de alta potencia. También pueden requerir componentes o circuitos adicionales para impulsarlos y controlarlos.
Resumen
Un diodo láser es un dispositivo semiconductor que produce luz coherente mediante un proceso de emisión estimulada. Es similar a un diodo emisor de luz (LED), pero tiene una estructura más compleja y un tiempo de respuesta más rápido.
Un diodo láser consta de una unión pn con una capa intrínseca adicional en el medio, que forma una estructura de pasador. La capa intrínseca es la región activa donde se genera la luz mediante la recombinación de electrones y huecos.
Un diodo láser funciona aplicando un voltaje de polarización directa a través de la unión pn, lo que hace que la corriente fluya a través del dispositivo. La corriente inyecta electrones de la región de tipo n y huecos de la región de tipo p en la capa intrínseca, donde se recombinan y liberan energía en forma de fotones.
Algunos de estos fotones se emiten espontáneamente en direcciones aleatorias, mientras que otros son estimulados por fotones existentes en la cavidad para emitir en fase con ellos. Los fotones estimulados rebotan hacia adelante y hacia atrás entre los extremos reflectantes, provocando una mayor emisión estimulada y creando una inversión de población, donde hay más electrones excitados que no excitados.
Cuando la inversión de población alcanza un nivel umbral, se logra una salida de láser en estado estacionario, donde la tasa de emisión estimulada es igual a la tasa de pérdida de fotones debido a la transmisión o absorción. La potencia de salida del diodo láser depende de la corriente de entrada y de la eficiencia del dispositivo.
La longitud de onda de la luz láser depende de la banda prohibida del material semiconductor y de la longitud de la cavidad óptica. Los diodos láser pueden producir luz en diferentes regiones del espectro electromagnético, desde el infrarrojo hasta el ultravioleta.
Los diodos láser se clasifican en diferentes tipos según su estructura, modo de funcionamiento, longitud de onda, potencia de salida y aplicación. Algunos de los tipos comunes son diodos láser monomodo, diodos láser multimodo, diodos láser con amplificador de potencia de oscilador maestro (MOPA), diodos láser emisores de superficie de cavidad vertical (VCSEL), diodos láser de retroalimentación distribuida (DFB), láseres de diodo de cavidad externa (ECDL), etc.
Los diodos láser tienen una amplia gama de aplicaciones en diversos campos debido a sus ventajas como tamaño compacto, bajo consumo de energía, alta eficiencia, larga vida útil y versatilidad. Algunas de sus aplicaciones son el almacenamiento óptico, la comunicación óptica, el escaneo óptico, la detección óptica, la visualización óptica y la cirugía óptica.
A pesar de sus ventajas, los diodos láser tienen desventajas que incluyen sensibilidad a la temperatura, retroalimentación óptica, salto de modo y altos costos.
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