3. Fejezet. A dióda típusai, felhasználási területei 3 Diódatípusok A diódák felhasználása igen sokrétű. Szinte minden egyenfeszültséget váltakozó áramú hálózatból előállító eszközben megtalálható az egyenirányító, melynek tipikus alapelem a teljesítmény dióda. Hasonló funkciót töltenek be, de immár a nagyfrekvenciás jelkezelésben a nagy sebességű kapcsolódiódák is. A nem kívánt feszültségingadozás (zavar vagy búgófeszültség) kiküszöbölésére használt feszültség stabilizátorok referenciafeszültségét általában a Zener dióda állítja be. Rádióhullámú rezgőkörök elektronikus hangolásában például a kapacitásdióda segédkezik. Hasonlóan nagyfrekvenciás rezgéskeltésre alkalmazható az alagútdióda. Az ideális diódaműködést precíziós és nagysebességű eszközökhöz jól mintázza a Schottky-dióda. A szupresszor dióda a túlfeszültségvédelem fontos, nagy teherbírású és gyors eszköze. A fotodiódák a fény detektálásához és méréséhez nyújtanak elektronikai fogódzkodót számos hullámhossz tartományon. A LED-ek koruk talán legdivatosabb fénykibocsátó eszközei; jelzőfények, jeladók, orvosi műszerek, a száloptikai alkalmazások, szórakoztató elektronikai eszközök, világítástechnika és más számtalan alkalmazás alapeleme. A lézerdióda hasonlóan a LED-hez mára az ipar kimagaslóan fontos és szerves részévé vált: harcászati technológiák, űrtechnika, ipari anyagmegmunkálás, 3D-nyomtatás, a gyógyászat és szépségipar előszeretettel alkalmazza. Amiről szó lesz Miután megtanulta ezt a fejezetet, ismernie kell: 3.1. Típusok - Egyenirányító dióda - Kapcsoló dióda - Kapacitásdióda - Zener dióda - Szupresszor dióda - Alagút dióda - Schottky dióda Fotodióda - LED - Lézerdióda
21 A fejezet néhány fontosabb új fogalma PIN struktúra. Az egyik legelterjedtebb diódastruktúra. A PN átmenet közepén a célnak megfelelő szélességű intrinszik réteget alakítanak ki. A szigetelő jelleg növeli a PNátmenet tűrését az előfeszítés nagyságára nézve, nagyobb feszültséggel pedig a működés gyorsítható. Feléledési idő (recovery time). A dióda teljesen zárt és teljesen nyitott állapota közötti átmenethez szükséges idő. A teljesítménnyel növekvő jellegű. Elektronikus zaj. Többnyire termikus eredetű, a töltéshordozók szabálytalan véletlenszerű mozgásából eredő feszültségingadozás. Spektruma jórészt fehérzaj, mely alacsonyabb frekvenciák felé 1/f-zajjá hajlik. Főleg szénréteg ellenállások esetén figyelhető meg, de a véletlenszerű vezetési jelenségek kapcsán diódával is előállítható. 3.1. Típusok Egyenirányító- vagy teljesítménydióda (rectifying- or power diode). Tápegységekben, váltakozó feszültség egyenfeszültséggé alakítása során használatos. Rövid ideig (impulzus üzemben) nagy áramokat képes elviselni. Általában szilíciumalapú, feléledési ideje hosszabb (10-100 ns). SMD tokozás. Elektronikus eszközök egyfajta kiszerelési formája. Jellemzője a néhány milliméteres mérettartomány. cd. Candela a fényesség egyfajta mértéke, nagyjából egy gyertya fényességével azonos (1 cd a 555 nm-es fényforrás 1/683 W/sr teljesítményű sugárzásának fényessége, pontosabban fénysűrűsége ). Fontos, hogy ne keverjük a Lumen-nel, mely az adott gömbi térszögbe kisugárzott fényteljesítményt jellemzi [cd sr]. Dióda driver. Általában SMD alkatrészekből összeállított kisméretű áramkör, mely a dióda számára hő-kompenzáló megoldások alkalmazásával stabil munkapontot biztosít.. Nagyfrekvenciás kapcsolódióda (switching diode). Nagy sebességű kapcsolási- és kis feléledési idő (10-100 ps) jellemzi. Leginkább rádiófrekvenciás jelek egyenirányítására és kisteljesítményű jelformáló alkalmazásokban gyakori. 37. Kapcsolódiódák hagyományos és SMD kivitelben. Alacsony áramot képes elviselni, de létezik nagyfeszültségű kivitelben is. Jelölése a diódák általános jelölésével azonos. 36. Egyenirányító és teljesítménydiódák. Nagyobb teljesítmények (>50 A) esetén általában fémtokot és menetes csatlakozóaljzatot használnak. Ilyen esetben szinte valamennyi esetben célszerű már a célalkalmazás tervezési szakaszában a megfelelő nagyságú fém (általában alumínium) hűtőbordát az áramköri rajzban figyelembe venni. A fém borítás a melegedést, a menetes (nagyobb) csatlakozási felület pedig a kontaktus ellenállását csökkenti. Jelölése a diódák általános jelölésével egyező. Kapacitásdióda, varaktor varikap, (capacity diode, varactor, varicap). Záró irányban előfeszítve használják., ekkor a kiürített réteg széles, a szabad töltéshordozók a kristály anód és katód megfelelő térfelére szeparálódnak. 38. Kapacitásdióda SMD és hagyományos tokozással. Középütt a két diódát is tartalmazó duál kiszerelés látható (3 lábbal).
22 Ennek a kondenzátorhoz hasonló struktúrának feszültséggel többnyire hiperbolikus skálán - szabályozható a kapacitása 0.1-100pF. Általában 50-500 MHz-es rezgőkörök (TV, URH) hangolására alkalmazzák. Zener-diódák (Zener diode) Olyan különleges diódák, melyek a letörési tartományban károsodás nélkül használhatók, természetesen a záróirányú áram megfelelő korlátozása mellett. 39. Zener diódák tipikus munkatartománya A letörési tartomány rendkívüli meredeksége az áram nagyobb megváltozásához alig mérhető feszültségváltozást rendel, azaz itt a dióda képes akár ugrásszerűen megnövekedett áramot is úgy elvezetni, hogy a dióda feszültsége alig változik. Kiválóan alkalmas feszültségstabilizáló és korlátozó, referencia feszültég szolgáltató kapcsolások létrehozására. 40. Zener diódák. Nagyobb teljesítmények esetén itt is jellemző a fémtokozás és menetes csatlakozási lehetőség. A letörési tartományt párhuzamosan megjelenő véletlenszerű folyamatok jellemzik (lavina effektus, erős szennyezések elektrosztatikus emissziója), emiatt a Zener-dióda kismértékű elektronikus zajt is megjelenít, sőt, akár zajgenerátorként is használható. Ha ez a tulajdonság nem kívánatos és nem is elhanyagolható, a jel utólagos szűréséről gondoskodni kell (pl. kondenzátoros szűrés ( hidegítés ). Szupresszor diódák (Supressor diode) A szupresszor diódát a túlfeszültség-védelem finom fokozataiban alkalmazzák. Működésében a Zener-diódára emlékeztet, hirtelen impulzusszerű feszültségugrások számára rövidzárként viselkedik, ezeket jól tűri (akár 1 kw-ot is elvisel 1ms impulzusszélességig), de állandó terhelésnek nem tehető ki. Túlfeszültség esetén rövidzárat jelenít meg leválasztva a párhuzamosan kötött védendő hálózatot. A betáplálás oldala felől nézve ugyanekkor az olvadóbiztosító old le egy bizonyos idő után. 41. Szupresszor diódák A szupresszor dióda a hagyományos Zener-diódával szemben rövid ideig nagyobb áramterhelhetőséggel bír és jelentősen gyorsabb is, kevesebb, mint 1 ps a válaszideje. A gyors reakcióidő különösen a vezetékeken érkező sorozatos vagy olyan egyedi tűimpulzusok esetén jelent előnyt, amelyek Zener-diódával nem nyomhatóak el. Az eszköz saját kapacitása nem elhanyagolható, így alkalmazása esetén magasabb frekvenciákra csillapítás várható.
23 Alagútdióda (tunnel diode). Erősen szennyezett, túladalékolt p-n rétegeket tartalmaz, mely az átmenet körüli kiürített réteget elvékonyítja, erős és meredek potenciállépcsőt építve fel. A nagy potenciálkülönbség külső feszültség nélkül is létrehozza a Zener-effektust, mely a kiürítési réteget tovább csökkentené. Ám ezzel párhuzamosan a térerő képes az N- oldal elektronjaiból egyeseket a P-oldalra tépni azaz az oldalak között lyuk-elektron párt cserélni. Bár ez a folyamat nem jöhetne létre, az alagút effektus révén (energetikailag kevésbé valószínű folyamatok véges valószínűséggel mégis bekövetkeznek) ez tart egyensúlyt a Zener-effektus áramával. A dióda különleges működése a nyitóirányú karakterisztikáján is megmutatkozik; alakja rendhagyó, olyan szakasszal is rendelkezik, amihez negatív dinamikus ellenállás rendelhető(!). több GHz-ig használhatók), így a késleltetésből származó torzítás sem jelentős. 43. Schottky diódák és szerkezetük. Nyitófeszültsége 0.3-0.4V, digitális áramkörökben integrált formában nagyon elterjedt, de szokásos tokozással és SMD kiszerelésben is kapható. Fotodióda (photodiode). Záróirányú előfeszítés mellett alkalmazzák. Leggyakrabban PIN (p-i-n) vagy APD (Avalanche Photo Diode Lavina fotodiódák) szerkezettel rendelkeznek. A PIN diódákban az i-réteget a felszínhez közel, azzal párhuzamosan valósítják meg, olyan anyagszerkezeti tulajdonságokkal, mely fény hatására, a beeső fotonok számával jól arányosítható módon párkeltésre képes. 42. Alagútdióda és karakterisztikája. Ez a tartomány erősítésre, gyors kapcsolások (ps), több 10 GHz-es rezgések megvalósítására használható. Schottky dióda (Schottky diode). Speciális belső felépítésű, fémfélvezető átmenetet tartalmazó, Ge alapú eszköz. Tulajdonságaiban az ideális diódát leginkább megvalósító típus. Szivárgó árama és feléledési ideje elhanyagolható (egyes típusok 44. PIN fotodiódák. A sötét epoxi ház általában az infravörös (IR) fotodiódákat jellemzi. A jobbra látható (három lábú) fotodióda integrált vevőáramkört is tartalmaz. A beékelt réteggel a kiürítési zónát terjesztik ki, amely így nagy előfeszítés mellett gyors töltéshordozók jellemzik, rövid kapcsolási időt biztosítva. Fényhatás nélkül a záró irányú feszültség a diódát zárja. Ha az átmenetbe fotonok érkeznek, a generált töltéshordozók a megfelelő polaritások felé vándorolnak, fotoáramot hozva létre (a dióda vezetni kezd). A dióda vezetőképességét végeredményben az
24 i-réteg fényelektromos tulajdonságai határozzák meg. Esetenként az átmenetet úgy is kialakíthatják, hogy az fényelemként használható. Az APD diódákat a letörési tartományban, a lavina effektust kihasználva alkalmazzák. A kiürített réteg kiterjesztését itt nem újabb réteggel, hanem még nagyobb záróirányú feszültséggel érik el. 45. Az APD fotodióda felépítése. A kiürítési réteg kiterjesztését a speciális geometria és a magas záróirányú előfeszítés teszi lehetővé. A folyamat megfutását az aránytalan mértékben felszaporodott töltések limitálják, lecsökkentve a számukra lehetséges szabad úthosszt. Mivel akár egyetlen elektron is végállapotba billenthet bizonyos típusokat (Egy foton lavina dióda vagy SPAD Single Photon Avalanche Diode), így igen gyenge jelek detektálására alkalmas. A járulékos termikus hatásokat az azonos tokba szerelt (és így azonos hőmérsékletű) kontrol diódával szabályozzák, de a tok is rendelkezhet külön hőszabályzó rendszerrel. Feléledési ideje gyors, 20-50 ps. Felhasználási területe hasonló a fotoelektron-sokszorozókéhoz (photomultiplier), bár rövid fényimpulzusok (<10 ns) esetén az utóbbiak hatékonyabbak. A PIN és az APD tehát nagyjából azonos sebességű eszközök, alapvető különbséget az érzékenység és a stabil munkapont létezésének kapcsán tehetünk. Az APD nagyon gyenge jeleket képes detektálni, de analóg jelátvitelre - szemben a PIN szerkezettel - nem alkalmas. Fénykibocsátó diódák, LEDek (Light Emitting Diode). A fotodiódák inverz működését valósítják meg. A rekombinációs folyamatok során felszabaduló energia egy része elektromágneses sugárzás formájában jön létre. Manapság már szinte a teljes spektrumot, a mikrométeres (infravörös) tartománytól egészen a fekete fény -ig, azaz nagyjából 300 nm ig kb. 10-20 nm közökkel lefedő LED-ek kaphatók. 46. Az APD diódák néhány gyakoribb alakja. Az APD-t leginkább a fény jelenlétének detektálására, mind sem teljesítményének mérésére használják. Működése nemlineáris, mert önerősítése jóval nagyobb áramot eredményez, mint amennyi a beeső fotonok számából következne (jelek detektálásakor ennél a típusnál utóerősítőre általában nincs is szükség). Viselkedése a lavina effektus révén erősen hőmérsékletfüggő és bizonyos sztochasztikus elektromos zajjal is terhelt. 47. Hagyományos LED-ek Bizonyos színeket ritka, vagy bonyolult reakciókapcsolatok idéznek elő, emiatt ezek ára esetenként kiugróan magas lehet (pl. bizonyos UV LED-ek). A szennyezésre jellemző annak elektronszerkezete, így azt gerjesztve az anyag adott sávszélességgel jórészt
25 egy hullámhossz körül sugároz. Ezért volt érdekes az első fehér színű LED-ek megjelenése, melyek a látható tartomány minden hullámhosszán sugároznak. Valójában ezek olyan ultraibolya LED-ek, melyek a fénycsövek elvét követve a gerjesztett foszfor spektrumát használják a látható tartomány lefedésére. néhány alkalmazás tervezésekor nem árt figyelembe venni! A nyitófeszültség eltérő színek esetében kissé eltérő, az alacsonyabb hullámhosszok felé emelkedik. 49. A LED nyitófeszültségének alakulása különböző hullámhoszszakon ( a bal oldali barna az infravörös, a jobb oldali szürke görbe a fehér fényű dióda karakterisztikáját azonosítja). 48. A foszfor alapú fehér LED spektruma. A spektrumban kiugró a rövidhullámú alapműködésnek megfelelő csúcs, mellyel foszforeszkálás lankás vonulata olvad össze. Tökéletes fehér fény esetén a spektrum burkolója vízszintes egyenes lenne, ezt A hagyományos LED-ek, két lábbal rendelkeznek, ezek közül a hosszabb láb az anód, tehát a normál működéshez ennek kell pozitívabbnak lennie. A LED belsejében ez a két elektróda két, üllőhöz hasonló fém alkatrészen keresztül csatlakozik a félvezető lapkához. Ezek közül a kisebbik tartozik a hosszabbik lábhoz. 50. A közönséges LED felépítése.
26 A félvezető lapkát egy tükröző kúpszelet és egy megfelelően formált epoxi burkolat veszi körül. Ez utóbbi jellege lehet opálos és teljesen víztiszta is. Törésmutatója és geometriája a belső visszaverődések révén az elvárt sugárzási térszögre van optimalizálva, így az eredmény jelentősen módosulhat más közegben (pl. víz alatt, másik műanyagba öntve, stb). A kétszínű LED valójában két félvezető lapkát tartalmaz, ezek közül vagy az egyik, vagy a másik aktív, attól függően, hogy a közös földponthoz képest melyik oldal lába pozitívabb (3 lábbal rendelkezik). Az RGB (Red-Green-Blue) LED-ek az előzőhöz hasonló elven a három alapszínt egyszerre képesek megjeleníteni, így a szem számára tetszőleges színérzet kikeverhető. Négy- és hatlábú kivitelben létezik, aszerint hogy az egyes színeket előállított lapkák feszültségeit a közös földponthoz értjük, vagy egymástól függetlenül kezeljük. A szórakoztatóiparban és irodatechnikában terjedtek el a nagyteljesítményű világító LED-ek, melyek fényerőssége akár a 10000 cd-t is elérheti (ennyi gyertya fénye egyetlen pontban). Általában üzemeltetési feszültségük és áramfelvételük nagyobb, hűtésükről pedig minden esetben gondoskodni kell! (Pl. egy 1W-os LED kerámia burkolata hűtés nélkül alig 10-20 s alatt elérheti a100 C-ot! ) 51. Balra kétszínű-, fent és jobbra RGB-LED, középen nagyteljesítményű (3W-os RGB) LED látható. Lézerdiódák (Laser diode). (LASER - Light Amplification of Stimulated Emission of Radiation) A lézerműködéshez olyan gerjesztett állapotok folyamatos megléte ( populáció inverzió ) szükséges, amelyekből az időszakosan tárolt energia kicsatolható egy, a gerjesztésnek megfelelő foton segítségével. Ha egy - eleve egy gerjesztés relaxációja során keletkezett - foton által képviselt elektromágneses tér frekvenciája képes harmonizáltan kimozdítani egy újabb szerkezetet gerjesztett metastabil állapotából, a fotonnal megegyező rezgésszámú foton keletkezik. Ha ez a folyamat két párhuzamos, egymás felé részben tükröző felület között valósul meg, a kialakuló elektromágneses állóhullámok koherens fénynyalábot, a lézert eredményezik (mely optika nélkül még általában széttartó). A lézerműködés gázok esetén legtöbbször atomi szintű gerjesztés segítségével valósul meg, ahol a nagy kihívást a elektronhéjak kivételesen gyors relaxációja jelenti (nagysebességű és nagy energiasűrűségű gerjesztések szükségesek: nagyfeszültségű, gyorsító áramkörökkel magasan kompresszált impulzusok, vagy infravörös tartomány esetén a folyamatos üzemű kisülési csövekhez magas feszültségű és áramú tápegységek). A szilárdtest (félvezető) lézerek esetén a populáció inverziót a tiltott sáv fölötti vezetési sávba szóródott szabad elektronok valósítják meg, ahonnan a rekombináción keresztül történik meg relaxáció. A valóságban a félvezetők sávszerkezete a korábbi modellhez képest kissé összetettebb. Az elektronenergiák megengedett értéke függ az elektronok momentumától. A vezetési sávból a vegyértéksávba fénykibocsátással csak olyan elektronátmenet lehetséges, ahol az elektron impulzusa lényegében nem változik, mivel a foton impulzusa (hν/c= h/λ) nagyságrendekkel kisebb. Emiatt csak olyan félvezetők alkalmasak lézerműködés megvalósítására, ahol a vezetési sáv alja és a vegyérték sáv teteje azonos elektronimpulzushoz tartozik. Ezek a direkt sávú félvezetők.
27 52. A Si indirekt, valamint a GaAs és InP direkt sávszerkezete. A függőleges irányban a lehetséges pályák energiaszintjei, vízszintes irányban az elektron impulzusa van hullámszámként (2π/λ) ábrázolva. Bár a Si esetén a tiltott sáv szélessége kisebb, mint a másik két esetben, mégsem lehet az indirekt sávszerkezet miatt félvezető lézert készíteni belőle. Néhány gyakoribb direkt sávú félvezető sugárzási jellemzői: Félvezető anyag GaAs InP Ga 0.7Al 0.3As hullámhossz 868 nm 918 nm 650-900 nm In 1-xGa xas yp 1-y 900 nm-1.7 µm Pb xsn 1-xTe 630 nm-30 µm GaN 366 nm Az első félvezetőlézert nyitó irányban előfeszített p n átmenetű GaAs-ből 1,4 1,5 V-os előfeszítéssel, impulzus üzemben működtették. A korai kialakítású eszközöknél szobahőmérsékleten ehhez nagy küszöbáram, illetve áramsűrűség (10 5 A/cm 2 ) volt szükséges. A jobb üzemi tulajdonságokhoz csökkenteni kellett a fényveszteséget az eszközben, illetve meg kellett akadályozni a töltéshordozók diffúziós elvándorlását az aktív rétegből. Újabb előrelépést a kissé bonyolultabb szerkezetű, heteroátmenetes lézer jelentette. 53. Egy vékony n-típusú GaAs réteget közreölelő p-p típusú GaAlAs anyagra (p-n-p, három kivezetés) mindkét irányból nyitófeszültséget kötve az elektronok a teljes anyagszerkezet területéről a kisebb tiltott sávszélességű anyagba szóródnak, ahol a nagy töltéshordozó sűrűség már kisebb üzemi áramok mellett is fenntartja a lézerműködéshez szükséges inverziót. Mivel a GaAlAs optikai tulajdonságai különböznek a GaAs-étől, az elrendezés szempontjából a törésmutató különbözőségének döntő jelentősége van: GaAs törésmutatója 6 %-kal nagyobb, így tehát a GaAlAs nagyobb tiltott sávja az elektronokat, kisebb törésmutatója pedig a fényt koncentrálja az aktív rétegbe. A hullámhosszal összemérhető emittáló felület miatt a félvezetőlézerekből kilépő nyaláb erősen divergens, s ennek szöge az átmenettel párhuzamos és merőleges irányban általában különbözik. A kilépőnyaláb általában asztigmatikus, elliptikus Gauss-nyaláb. 54. Egy félvezető lézerdióda általános felépítése és a kibocsátott nyaláb divergenciája A félvezetőlézerek sugárzásának tipikus sávszélessége néhányszor 10 nm, a működési áramtól függően pedig 5 10 módus működik párhuzamosan. Bonyolultabb szerkezettel lehetséges keskenyebb sávszélességű, akár egy módusban működő félvezetőlézer kialakítása is. A hullámhossz a p n átmenet hőmérsékletével diszkrét ugrásokon keresztül nő, ami a stabil üzem alatt kerülendő, csakúgy, mint a zajokkal, tüskeszerű ingadozásokkal terhelt tápellátás.
28 A működés stabilizálására többféle elektromos, termikus és optikai módszer is létezik. A tápfeszültséget minden esetben több szinten kondenzátorokkal szűrik és feszültség stabilizátor segítségével rögzítik (ezért nem lehet a diódát a tápfeszültség kapcsolgatásával modulálni, erre külön áramköri megoldás szükséges). A hőmérséklet és az öregedés hatására a lézerdióda fény - áram-karakterisztikájának meredeksége csökken; de a kimenő teljesítmény ennek ellenére a munkaponti körülmények megváltoztatásával egy ideig még konstans szinten tartható. A karakterisztika általában kapcsoló jellegű, azaz olyan meredek, hogy általában a dióda saját termikus zajai is ellehetetlenítik a stabil munkapont beállítását. Minderre egy feszültségstabilizált (esetleg hőkompenzált) áramgenerátoros hajtást megvalósító szabályzó áramkör nyújt megoldást, melynek szabályozó jelét általában a lézerdiódával egybeépített fotodióda kimenőjele szolgáltatja. A többnyire kisméretű, SMD kiszerelésű szabályzó áramkört (laser diode driver) néha hozzáépítik a diódához, de külön is megvásárolható, ilyenkor érdemes a gyártó/forgalmazó javaslatát kikérni az adott típushoz és teljesítményhez. 56. Lézerdióda modul A lézerdiódák kezelésük során fokozott óvatosságot, földelt munkateret és eszközöket igényelnek. Félvezető lézerek felhasználási területei 1. Optikai adatátvitel. Az internet forgalom közelítőleg minden félév-évente duplázódik. Az egyre nagyobb átviteli kapacitást sűrű hullámhossz-osztásos multiplexeléssel lehet megvalósítani (az optikai szálban egymáshoz közeli hullámhosszakon van adatátvitel. Ehhez speciális kialakítású, drága lézerekre van szükség, az ár néhány 100 dollártól a több ezer dollárig terjed. 57. Lézerdióda száloptikával 55. Lézerdióda meghajtó áramkör (driver) A dióda önmagában még széttartó lézerfényt bocsát ki, ezért megfelelő optikával (lencsével) is el kell látni. A zárt tokkal, optikával és driver-rel ellátott lézerdiódát diódamodulnak nevezzük. A jelátvitelhez 1310 és 1550 nm- es (infravörös) lézereket alkalmaznak, ugyanis ezeken a hullámhosszakon minimális az üvegszál vesztesége (a szál anyagának és gyártáskor a szálban maradó vízmolekuláknak ezeken a frekvenciákon minimális az együttes elnyelése). A több száz km-es adatátvitelhez fényerősítő beiktatása szükséges (erbiummal adalékolt üvegszál), ennek gerjesztéséhez 980 és 1480nm-es lézerek szükségesek. A szálak sebessége általában 2,5 Gbit/s közvetlen, illetve néhányszor 10 Gbit/s külső rezonátoros modulálással.
29 2. Optikai adattárolás. Bár jelentősége a terjedő SD-kártyák és chip-ek mellett gyengül (CD, DVD, BD), de a biztonságkritikus (pl. a több száz év élettartamú M-Disc) vagy a holografikus adattárolás szempontjából biztosan sokáig nélkülözhetetlen marad. Esetenként a konverzió csak rövid, de nagy energialöketek mellett, impulzus üzemben képes megvalósulni, így lehetséges, hogy a kimenő fény nem folytonos hullámú (Continuous Wave, CW), hanem szaggatott (Pulsed Wave, PW). A szükséges elektronikát a diódamodulok általában tartalmazzák. 58. M-Disc író olvasó 3. Anyagmegmunkálás. Az iparban használatos lézerek 1-10 kw-tartományban jellemzőek, legtöbbször a 750-980 nm-es tartományban. A kisebb lézerek (<10W) lehetnek diszkrét kivitelűek, a nagyobbak általában olyan diódasorok, melyek kimenő teljesítményét száloptika vagy diffrakciós rács segítségével egyesítik. Az egyes részteljesítmények ugyanazon nyalábba gyűjtése általában problémás, mert a koherens hullámok ki is olthatják egymást, ha nincsenek fázisban is szinkronizálva. Ezért gyakori, hogy eltérő hullámhosszú lézerek nyalábjait egyesítik vagy olyan több tagra kiterjedő visszacsatolt rezonátort alakítanak ki, amely valamennyi dióda lézerműködését szinkronizálja. A lézerek ára közelítőleg 300 $/W. A lézertechnológiában az elérhető színek korlátozottak és a rövidhullámú tartomány felé (zöld, kék, UV) egyre ritkábbak. Az ilyen színű félvezető lézerek többsége egy nemlineáris frekvenciatöbbszöröző kristályt tartalmaz, melyet nagy energiasűrűségű infravörös nyalábbal pumpálva alacsonyabb hullámhosszú lézerműködés is megjelenik. Az átalakítás hatásfoka 10% körüli, a fennmaradó teljesítmény a kimenő fény megszűrése során a tokban marad, emiatt annak megfelelő hűtésről gondoskodni kell (tömör alumínium ház hűtőbordákkal). 59. Frekvenciatöbbszöröző kristályok A szűretlen fény, de önmagában a lézerfény is különösen veszélyes, mert az emberi szem a fény erősségét a különböző színű sugarakra nem egyformán érzékeli (az infravörös és ultraibolya szinte nem is látható)! 60. A szem érzékenységi görbéje a különböző hullámhosszakra
30 Összehasonlító táblázat a lézer kimenő teljesítményére mw W kw 5 25 50 75 100 0.2 0.5 1 10 100 >1 Látható lézerfolt Ködben látható nyaláb Éjszaka jól látható nyaláb ~2.5 km-re világít Lámpafénynél látható nyaláb Hőérzet a bőrön ~7.5 km-re világít Meggyújtja a gyufát Fekete léggömböt kidurrant Fekete műanyagot megolvaszt ~ 15 km-re világít Meggyújtja a cigarettát Fehér papírt megégeti Vékony plexi, falemezek vágása Plexi, fa, vékony fémlemezek Fémek vágása, ipari robotok *A táblázat a magas láthatóságú, 532 nm-es zöld színű lézerre vonatkozik, más színű lézerek láthatósága eltérő lehet! Alkalmazásuk rendkívül szerteágazó és jelenleg is erősen, dinamikusan növekvő. Lézeres sebesség és távolságmérés, forrasztás, hőkezelés, vágás, mikrohegesztés, műanyaghegesztés, markírozás. 2D és 3D nyomtatás,, orvosi alkalmazások, műtétek, szemészet (pl. ablációs szaruhártya korrekció), bőrgyógyászat (szőrzet, bőrhibák eltávolítása), stb. 61. A lézeres vágás és marás korábban elképzelhetetlen sebességű és pontosságú munkadarabok kialakítását teszik lehetővé. 62. A lézeres 3D nyomtatás olyan struktúrák és szerkezetek létrehozását is lehetővé teszi, mely korábban lehetetlennek tűnt.