Cose da sapere sui diodi laser

Il diodo laser è il cuore di ogni modulo laser. Come fonte laser conveniente ed efficiente dal punto di vista energetico, i diodi laser possono generare luce dall'ultravioletto all'infrarosso e possono quindi essere utilizzati in diversi settori dell'industria. Nella nostra guida spieghiamo come viene costruito un tale diodo, come funziona e cosa si dovrebbe considerare prima dell'acquisto.

• Cosa sono i diodi laser?

• Cosa distingue i diodi laser?

• Come funziona un diodo laser?

• Come sono costruiti i diodi laser?

• Importanti criteri di acquisto per diodi laser

• Come si ottimizza il diodo laser?

Cosa sono i diodi laser?

I diodi laser sono una forma di laser a semiconduttore che producono radiazioni laser sotto l'effetto di corrente. In questo modo è possibile generare luce a diverse lunghezze d'onda, dall'ultravioletto all'infrarosso. I diodi laser sono utilizzati in diversi settori, solitamente incorporati nei moduli laser. Ad esempio, fungono da sorgente laser in stampanti, dispositivi DVD o scanner di codici a barre.

Cosa distingue i diodi laser?

Il diodo laser è diverso da altre sorgenti laser, in quanto rappresenta un'alternativa molto piccola e allo stesso tempo economica e a risparmio energetico con pochi millimetri di ingombro. I diodi laser sono anche facili da usare, hanno una lunga durata di vita e raggiungono un'elevata efficienza dal 40 a oltre il 50% rispetto ad altre sorgenti laser, specialmente nel vicino infrarosso. Ciò significa che la metà dell'energia elettrica alimentata viene convertita in radiazione laser.

Come funziona un diodo laser?

Un diodo laser è un laser a semiconduttore, composto da due materiali diversi, negativi e positivi, tra i quali si trova una piccola cavità. Questa struttura è nota come transizione p-n. Sotto l'influenza della corrente, nella cavità avviene il rilascio di fotoni. Questi vengono formati attraverso le superfici terminali parzialmente riflettenti delle due metà del laser a semiconduttore, che fungono da risonatore ottico, in un'onda di luce fissa, da cui in definitiva viene generato il raggio laser. A seconda della distanza tra i due lati, si verificano raggi laser di lunghezza d'onda diversa.

Come sono costruiti i diodi laser?

Chi acquista un diodo laser, tuttavia, non si limita alla sorgente laser stessa In genere, i diodi offerti sono una capsula, in cui oltre al supporto laser è integrato anche un fotodiodo. Questo funge da diodo di monitoraggio e registra la potenza laser, in quanto determina la quantità di luce emessa e può regolare di conseguenza l'alimentazione di corrente attraverso il circuito elettronico esterno.

Grazie al fotodiodo aggiuntivo, gli alloggiamenti dei diodi laser hanno generalmente tre collegamenti per installarli in un modulo laser: Il catodo e l'anodo della sorgente laser stessa e un altro per il fotodiodo. Un esempio di questa forma sono i diodi secondo il modello TO-18.

Un altro componente importante è il raffreddamento. Poiché non tutta la corrente viene convertita in potenza laser, il supporto laser si riscalda notevolmente. Per evitare la distruzione del materiale semiconduttore a causa del surriscaldamento, in particolare in caso di potenze elevate, i diodi vengono saldati su una superficie metallica che dissipa il calore in eccesso. Gli studi hanno dimostrato che una riduzione della temperatura di esercizio di circa 10 gradi può raddoppiare la durata del supporto laser.

In ogni caso, al momento dell'acquisto, assicurarsi che il diodo selezionato sia conforme alla direttiva RoHS dell'UE. Impedisce l'utilizzo di sostanze nocive per l'ambiente o la salute in apparecchi elettrici come ad esempio le saldature rimanenti.

Importanti criteri di acquisto per diodi laser

Lunghezza d'onda:

La lunghezza d'onda della sorgente laser è fondamentale per la luce laser separata. I diodi laser blu hanno una lunghezza d'onda di circa 450 nanometri (nm), mentre i laser verdi sono a 530 nm. Tuttavia, i laser rossi con una lunghezza d'onda di circa 650 nm o diodi laser a infrarossi con applicazione intorno agli 800 nm sono i più comuni.

Prima di scegliere una sorgente laser specifica, è necessario considerare quale lunghezza d'onda serve meglio allo scopo dell'applicazione. Un diodo laser rosso con una lunghezza d'onda di 635 nm, ad esempio, è particolarmente adatto per scanner di codici a barre o puntatore laser, in quanto è ben visibile anche alla luce del giorno. I diodi laser con una lunghezza d'onda di 780 nm sono invece particolarmente adatti per l'uso in stampanti laser o anche fotocellule invisibili nella tecnologia di allarme.

Potenza:

La potenza laser è generalmente indicata in milliwatt, in breve mW. Anche in questo caso si pone la questione dello scopo per il quale il laser deve essere utilizzato, in quanto le prestazioni delle sorgenti laser possono variare notevolmente e non sempre il raggio laser più potente è il più adatto. Per applicazioni come l'allineamento e il posizionamento bastano già pochi milliwatt e anche per le barriere di sicurezza o la scansione di codici a barre è sufficiente una potenza laser nell'intervallo fino a 10 mW. Ad esempio, sono necessari molti più watt se il laser deve essere utilizzato come utensile di saldatura o taglio nell'industria. 

Come si ottimizza il diodo laser?

Il diodo laser è solo un componente dell'ampio campo della tecnologia laser. Solo in combinazione con altri prodotti può avere il suo effetto. Ad esempio, per controllare perfettamente la potenza del diodo, è possibile collegare un'elettronica di comando. Questi moduli di misura di pochi millimetri possono regolare la potenza laser tramite un ingresso di controllo e garantire la sicurezza, ad esempio, spegnendo automaticamente in caso di surriscaldamento.

Particolarmente importante per l'utilizzo del diodo è anche una cosiddetta lente del collimatore, che unisce la radiazione generata. Solo in questo modo si crea un raggio laser a forma di punto. Naturalmente, un laser diventa sempre più largo con la lunghezza. Per questo motivo, per determinare la qualità del raggruppamento, è necessario prestare sempre attenzione al valore di divergenza. Questo viene misurato in mrad (milliradiant) e indica la quantità di millimetri del laser per metro di diametro. Un'altra possibilità è quella di ottenere direttamente un'ottica completa del collimatore con diodo laser integrato.