5 Dispositivos optoelectrónicos y Sensores
5.3 LDs, diodos láser

Láser: La amplificación de luz por emisión estimulada. La energía de un fotón entrante, E = hυ, estimula el proceso de emisión mediante la inducción de un electrón para pasar a un nivel de energía inferior. Este proceso permite obtener la amplificación de fotones: Un fotón entrante resulta en dos fotones salientes que tienen la misma dirección, longitud de onda y fase.

Los LEDs presentados en el capítulo anterior se basan en el mecanismo de emisión espontánea, mientras que los LDs (diodos laser) se basan en el principio de emisión estimulada.

A fin de lograr una amplificación de la luz por emisión estimulada, la probabilidad de una emisión de fotones debe ser superior a la de la absorción para el rango espectral de que se trate. Cuando la emisión estimulada es dominante, la luz es amplificada, y se produce efecto láser. La emisión estimulada es el mecanismo dominante cuando la probabilidad de encontrar un electrón en CB es mayor que la probabilidad de encontrar un electrón en la VB. Esto sucede en presencia de una inversión de población. La inversión de población se consigue cuando la diferencia entre la energía de Fermi de los electrones, EFN, y la energía de Fermi de huecos, EFN, es mayor que la banda prohibida, Eg. Con el fin de separar estos niveles de energía de Fermi es necesario bombear energía en forma de corriente eléctrica en el semiconductor. Entonces, mediante el bombeo láser, cuando se inyecta una corriente umbral, el semiconductor se desplaza a un estado de inversión de población.

Las cavidades ópticas, como las FP (Fabry-Perot) o espejos dieléctricos DBRs (distributed Bragg reflectors), contienen un láser entre dos superficies reflectoras y se usan como resonadores ópticos. En régimen estacionario, hay oscilaciones estacionarias EM (electromagnetic) en la cavidad óptica. Estas oscilaciones se reflejan en las superficies de la cavidad óptica. La cavidad óptica presenta ejes perpendiculares al flujo de corriente. En cada reflexión, la onda se transmite parcialmente a través de las caras reflectoras. La oscilación láser comienza cuando la cantidad de amplificación se hace igual a la cantidad total perdida a través de los lados del resonador, a lo largo de propagación en el medio y por medio de la absorción por el cristal.

Hay dos tipos principales de LDs: Edge Emitting y LDs de superficie emisora. Los Edge emitting LDs tienen emisiones de mayor anchura y astigmática, mientras que los LDs de superficie emisora presentan un haz más estrecho de emisión. Las VCSELs (vertical cavity surface emitting lasers) son láseres con una región activa muy corta que presenta el eje de la cavidad óptica a lo largo de la dirección del flujo de corriente.

En estos láseres, la emisión de luz ocurre en una dirección perpendicular a la región activa. Las VCSELs permiten comunicaciones de datos hasta 10 Gbps.

Un EOM (electro-optic modulator) es un dispositivo que se puede utilizar para controlar la potencia, la fase o la polarización de un rayo láser por medio de una señal de control eléctrica.

Los LDs son el tipo más común de láser y se usan en un amplio rango de aplicaciones. Estos dispositivos son de pequeño tamaño, relativo bajo coste y larga vida, lo que los hace una buena elección para múltiples aplicaciones, que incluyen : Comunicaciones ópticas, lectores de códigos de barras, punteros láser, lectores y grabadores de discos CD/DVD/Blu-ray, escáneres láser e impresoras o fuentes de luz direccional.