拆大的多没意思,拆个激光二极管吧

激光二极管又名 LD ( Laser Diode ),是居家旅行杀人灭口必备良药啊,搞光电的同学们离不开它。那这厮里面到底是什么样的呢?

在说激光二极管之前,先来说说如何产生激光吧。一般而言产生激光需要一个泵浦源,一段容易实现粒子束反转的增益介质和一个由全反射镜跟半反射镜组成的谐振腔。

在对普通的发光二极管 LED 进行简单的结构上的改造以后就可以满足上述条件,把这些结构实现在一小块半导体晶片上。不过为了产生激光我们还需要足够强的电流来使 LD 产生光的自激振荡,否则它会像普通的 LED 一样发出荧光。我手上这个粗糙的 LD 工作电流大约在 50-100mA 左右,而同样芯片大小的 LED 则多半只有 20mA 的电流。当然这就决定了 LD 的发热量比较大,必须被邦在大面积的金属衬底上并且直接暴露在空气中。另外由于 LD 的发光面积极其地微小,衍射效应很明显,并且由于芯片是长矩形的所以在垂直方向上发散尤为严重。

某次淘宝上买到的便宜红光 LD ,跟激光笔里面的差不多。整个模组由 LD 、外壳跟聚焦透镜组成。

由于 LD 需要的电流较大,所以 5V 电源串个 100Ω 的电阻就可以了。

即使使用透镜,LD 的光斑也不圆得很,是一个垂直于晶片表面的长形。

强烈的激光在光学组件各表面多次反射产生的图像(不要用眼睛尝试!)。

激光照在粗糙表面上产生的干涉散斑图,这应该是一种非定域干涉,因为无论对哪里对焦都能看得很清楚。

透镜组件旋不开,只好用尖嘴钳把 LD 夹出来了。好在精细的地方都在里面,弄两下子不会坏。

透镜组件,由两个带螺纹的黄铜金属筒、弹簧以及有机玻璃透镜组成。

正面,透镜反射的淡蓝色光意味着透镜应该镀了膜。

这是今天的猪脚。确切的说左边突起边缘上的那块黑色的东西才是。那就是 LD 芯片了,直接邦着的金属衬底是负极,金线是正极。电流过大以后金线会烧断导致器件报销,LED 也有这个问题。

近距离看。叠了两层透镜以后色差太大了,凑合着看看吧。金线倒是看得很清楚了。芯片大小大约为 10mil × 10mil (0.2mm × 0.2mm)。

OV7725 还是很犀利的,虽然目前的 MCU 没法完全实现 VGA 的分辨率。这个就很清晰了。

换个角度再来。

放把钢尺比较下,无法对两个点对焦所以很糊。

点亮以后的效果。OV7725 内置 DSP 的降噪把散斑图干掉了……

换个角度再看看。

去掉透镜以后 LD 的光斑就原形毕露了,很长很长的椭圆。

光斑这么长拿来做劳埃镜实验真方便。“镜子”其实用的是诺记 6120c 的屏幕。劳埃镜是杨氏双缝干涉实验的一种变体(所以条纹也是一样的)。

这张条纹更密也更清晰。

透镜上透明的脏东西虽然不改变光的振幅但是却会改变光的相位,激光一照就全看到了。

手机照的,大概是手机摄像头的挡板产生了干涉圆环。

各种干涉圆环。

激光辐射是朝两个方向都有的(全反射镜没弄好,漏了?),背向也可以形成干涉圆环。

被反射得到处都是,侧面都有。

还是圆环。

放个透镜也不影响圆环的形状。

电流小时发荧光,跟普通 LED 一样。由于荧光是非相干光所以看不到散斑图。


最后再来几张不那么清晰的图。

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