b"\n_START_ARTICLE_\nLaser d\xc3\xadodo\n_START_SECTION_\nHist\xc3\xb3ria\n_START_PARAGRAPH_\nA primeira demonstra\xc3\xa7\xc3\xa3o de emiss\xc3\xa3o de luz coerente por parte de um d\xc3\xadodo foi feita no centro de pesquisa da general Electric por Robert N. Hall e pela sua equipe. O primeiro laser vis\xc3\xadvel foi constru\xc3\xaddo por Nick Holonyak nos finais do mesmo ano. Como qualquer tipo de laser, o laser semicondutor produz luz fortemente monocrom\xc3\xa1tica, coerente, com polariza\xc3\xa7\xc3\xa3o e dire\xc3\xa7\xc3\xa3o bem definidas. O funcionamento do laser semicondutor \xc3\xa9 similar ao funcionamento do d\xc3\xadodo. A diferen\xc3\xa7a est\xc3\xa1 na gera\xc3\xa7\xc3\xa3o de fot\xc3\xb5es que, para o caso do d\xc3\xadodo, tem origem na emiss\xc3\xa3o espont\xc3\xa2nea enquanto que no laser semicondutor tem origem na emiss\xc3\xa3o estimulada. Da\xc3\xad se utilizar muito o termo laser d\xc3\xadodo para descrever o laser semicondutor. Em vez de meios ativos s\xc3\xb3lidos ou gasosos, o laser d\xc3\xadodo utiliza uma jun\xc3\xa7\xc3\xa3o p-n para este efeito. As jun\xc3\xa7\xc3\xb5es p-n podem ser por sua vez jun\xc3\xa7\xc3\xb5es do tipo 'p-p-n' chamadas de heterojun\xc3\xa7\xc3\xb5es. Este novo tipo de jun\xc3\xa7\xc3\xb5es confina a zona ativa do laser numa regi\xc3\xa3o muito pequena. Uma outra diferen\xc3\xa7a entre o laser d\xc3\xadodo e os lasers do estado s\xc3\xb3lido e gasosos reside na fonte de energia. Os laseres do estado s\xc3\xb3lido e gasosos utilizam luz como fonte de energia (l\xc3\xa2mpadas com espectro de emiss\xc3\xa3o largo). O laser d\xc3\xadodo utiliza por sua vez corrente el\xc3\xa9ctrica atrav\xc3\xa9s de jun\xc3\xa7\xc3\xb5es p-n para injetar electr\xc3\xb5es na zona de condu\xc3\xa7\xc3\xa3o e lacunas na zona de val\xc3\xaancia. O coeficiente de ganho deste tipo de laser situa-se entre os 5000 e 10000 m^{-1}. O m\xc3\xa9todo de produ\xc3\xa7\xc3\xa3o mais utilizado na industria semicondutora para a produ\xc3\xa7\xc3\xa3o destas jun\xc3\xa7\xc3\xb5es p-n \xc3\xa9 o MBE (molecular beam epitaxy). As cavidades utilizadas no laser semicondutor s\xc3\xa3o tipicamente cavidades de Fabry-Perrot. Estas caracter\xc3\xadsticas gerais deste tipo de laser faz com que seja um dispositivo extremamente pequeno (pode atingir dimens\xc3\xb5es da ordem dos 0.1 mm) para o implementar na tecnologia electr\xc3\xb3nica. \xc3\x89 de referir com algum destaque que a maioria dos dispositivos eletr\xc3\xb3nicos que utilizam luz, por exemplo para para transmiss\xc3\xa3o de informa\xc3\xa7\xc3\xa3o, funcionam com base neste tipo de laser.\n_START_SECTION_\nModo de funcionamento\n_START_PARAGRAPH_\nOs laseres s\xc3\xa3o formados por uma zona ativa dentro da cavidade laser onde ocorre emiss\xc3\xa3o estimulada. Para que isso ocorra \xc3\xa9 aplicado uma corrente na jun\xc3\xa7\xc3\xa3o p-n do laser d\xc3\xadodo.\n_START_SECTION_\nMateriais utilizados\n_START_PARAGRAPH_\nA maioria dos laseres atuais utilizam quatro tipo de materiais. A utiliza\xc3\xa7\xc3\xa3o destes quatro tipos de materiais depende da zona do espectro que se pretende utilizar. Tr\xc3\xaas destes tipos de materiais s\xc3\xa3o formados pelos chamados semicondutores do tipo III-V. O outro \xc3\xa9 formado pelos semicondutores do tipo II-VI. Estes quatro tipos s\xc3\xa3o chamados: Arsenieto de G\xc3\xa1lio; fosfeto de \xc3\xadndio; selenieto de zinco; nitreto de g\xc3\xa1lio. Os laseres baseados no AsGa operam na gama dos 635 nm - 870 nm (vermelho e infravermelho pr\xc3\xb3ximo). Dentro deste espectro temos AlGaInP (635 nm -780 nm), AlGaAs (780 nm - 830 nm) e InGaAs (940 nm). Atualmente os leitores de disco compacto utilizam o AlGaAs como material base do laser. Em contraste aos CDs os DVDs utilizam o AlGaInP como material base. A diferen\xc3\xa7a entre estes dois tipos de tecnologias est\xc3\xa1 relacionado com a capacidade de armazenamento (a escrita depende fortemente do comprimento de onda). Os laseres baseados no fosfeto de \xc3\xadndio operam no infravermelho (1.55 \\mu m). Este tipo de material \xc3\xa9 muito utilizado na transmiss\xc3\xa3o em fibras \xc3\xb3pticas a longas dist\xc3\xa2ncias. O nitreto de g\xc3\xa1lio deve ser o semicondutor mais importante a seguir ao sil\xc3\xadcio. Este material consegue operar na zona do azul e ultravioleta. Uma das tecnologias mais promissoras na atualidade precisa de laseres nesta zona. O Blu-ray consegue armazenar cerca de 20 gigabytes recorrendo a esta zona do espectro fazendo com que este material tenha um futuro garantido a curto e m\xc3\xa9dio prazo. Os tr\xc3\xaas tipos de materiais discutidos s\xc3\xa3o baseados nos semicondutores III-V. Como foi dito o selenieto de zinco \xc3\xa9 o \xc3\xbanico semicondutor do tipo II-VI e produz luz na zona do azul e do verde (460 nm - 520 nm). Como o comprimento de onda \xc3\xa9 pequeno na gama destes dois \xc3\xbaltimos materiais os efeitos qu\xc3\xa2nticos t\xc3\xaam de ser tomados em conta e a teoria dos po\xc3\xa7os qu\xc3\xa2nticos tem de ser considerada para tratar o dispositivo devidamente.\n_START_SECTION_\nEstruturas de emiss\xc3\xa3o\n_START_PARAGRAPH_\nO caso mais cl\xc3\xa1ssico do diodo laser \xc3\xa9 o caso da homojun\xc3\xa7\xc3\xa3o, isto \xc3\xa9, jun\xc3\xa7\xc3\xa3o 'p-n'. Neste tipo de diodo, de homojun\xc3\xa7\xc3\xa3o, h\xc3\xa1 a necessidade de altos valores de corrente de threshold, dependendo da aplica\xc3\xa7\xc3\xa3o, para que ocorra a gera\xc3\xa7\xc3\xa3o de luz laser. Ainda a respeito do diodo laser de homojun\xc3\xa7\xc3\xa3o, esta corrente de threshold varia diretamente com a temperatura do diodo, caracter\xc3\xadstica esta desagrad\xc3\xa1vel. Portanto, este tipo de laser tem pobre fator \xc3\xb3ptico e baixa efici\xc3\xaancia. Esta jun\xc3\xa7\xc3\xa3o, 'p-n' confina a zona ativa do laser a uma regi\xc3\xa3o do espa\xc3\xa7o relativamente grande em compara\xc3\xa7\xc3\xa3o com a heterojun\xc3\xa7\xc3\xa3o, isto \xc3\xa9, jun\xc3\xa7\xc3\xa3o 'p-p-n'. Na heterojun\xc3\xa7\xc3\xa3o temos uma zona ativa entre os lados n e p extremo, ou seja, numa zona p. A limita\xc3\xa7\xc3\xa3o da zona ativa numa regi\xc3\xa3o mais pequena do espa\xc3\xa7o no caso da heterojun\xc3\xa7\xc3\xa3o deve-se ao facto dos portadores estarem limitados em ambos os lados da regi\xc3\xa3o ativa pelas barreiras da heterojun\xc3\xa7\xc3\xa3o enquanto que os portadores na homojun\xc3\xa7\xc3\xa3o podem mover-se fora da zona ativa onde a recombina\xc3\xa7\xc3\xa3o radiativa ocorre. Os laseres semicondutores t\xc3\xaam duas estruturas de emiss\xc3\xa3o: emiss\xc3\xa3o longitudinal e emiss\xc3\xa3o vertical ('vertical cavity surface emitting laser' VCSEL); Na primeira a luz \xc3\xa9 emitida na dire\xc3\xa7\xc3\xa3o perpendicular \xc3\xa0 jun\xc3\xa7\xc3\xa3o p-n enquanto que na segunda a luz \xc3\xa9 emitida ao longo da dire\xc3\xa7\xc3\xa3o da jun\xc3\xa7\xc3\xa3o p-n. O tratamento destas duas estruturas \xc3\xa9 diferente uma vez que a cavidade ressonante no primeiro caso pode atingir as d\xc3\xa9cimas do mil\xc3\xadmetro enquanto que a cavidade do segundo caso pode atingir no m\xc3\xa1ximo as centenas dos nan\xc3\xb4metros (estrutura de po\xc3\xa7os qu\xc3\xa2ntico). A emiss\xc3\xa3o dos laseres VCSEL \xc3\xa9 feita circularmente com consumo de pot\xc3\xaancia de cerca de 10 mW e emiss\xc3\xa3o de cerca de 2 mW. A emiss\xc3\xa3o dos laseres longitudinais \xc3\xa9 feita eliticamente com consumo de pot\xc3\xaancia da mesma ordem de grandeza da pot\xc3\xaancia emitida (cerca de 100 mW). A diverg\xc3\xaancia do feixe dos laseres de emiss\xc3\xa3o longitudinal \xc3\xa9 maior do que a diverg\xc3\xaancia do feixe dos laseres VCSEL. O custo da produ\xc3\xa7\xc3\xa3o dos laseres VCSEL \xc3\xa9 100 vezes menor do que o custo dos laseres de emiss\xc3\xa3o longitudinal e a velocidade de transmiss\xc3\xa3o de dados dos laseres de emiss\xc3\xa3o longitudinal \xc3\xa9 bastante maior do que a velocidade de transmiss\xc3\xa3o dos laseres VCSEL. Assim sendo podemos concluir que as vantagens dos laseres por emiss\xc3\xa3o longitudinal s\xc3\xa3o a elevada pot\xc3\xaancia e velocidade de transmiss\xc3\xa3o de dados em compara\xc3\xa7\xc3\xa3o com os laseres VCSEL. No entanto os laseres VCSEL s\xc3\xa3o bastante mais baratos, necessitam de uma pot\xc3\xaancia baixa necess\xc3\xa1ria para a emiss\xc3\xa3o e a diverg\xc3\xaancia do feixe \xc3\xa9 menor do que os laseres de emiss\xc3\xa3o longitudinal.\n_START_SECTION_\nExemplo do laser com estrutura de emiss\xc3\xa3o longitudinal\n_START_PARAGRAPH_\nA corrente \xc3\xa9 estabelecida pelo contacto met\xc3\xa1lico da heterojun\xc3\xa7\xc3\xa3o. A radia\xc3\xa7\xc3\xa3o fica confinada na zona activa ocorrendo reflex\xc3\xb5es totais para certos \xc3\xa2ngulos maiores que o \xc3\xa2ngulo critico dado pela lei de snell pelo facto do \xc3\xadndice de refrac\xc3\xa7\xc3\xa3o no interior da zona activa ser maior que o \xc3\xadndice de refrac\xc3\xa7\xc3\xa3o dos lados p e n. Pretende-se que a radia\xc3\xa7\xc3\xa3o seja emitida na direc\xc3\xa7\xc3\xa3o longitudinal. Quanto \xc3\xa0 direc\xc3\xa7\xc3\xa3o longitudinal teremos de estudar uma cavidade \xc3\xb3ptica capaz de emitir radia\xc3\xa7\xc3\xa3o numa banda do espectro muito pequena (radia\xc3\xa7\xc3\xa3o quase monocrom\xc3\xa1tica). As cavidades utilizadas para este efeitos s\xc3\xa3o as cavidades de Fabry-Perot. O comprimento longitudinal da cavidade (zona activa) ser\xc3\xa1 dado ent\xc3\xa3o por:_NEWLINE_m\\lambda=2nL\\Longleftrightarrow L=\\frac{m\\lambda}{2n}_NEWLINE_, onde n \xc3\xa9 o \xc3\xadndice de refrac\xc3\xa7\xc3\xa3o da zona activa, \\lambda \xc3\xa9 o comprimento de onda pretendido para a monocromatiza\xc3\xa7\xc3\xa3o da onda no meio activo e m refere-se \xc3\xa0 onda propriamente dita. \xc3\x89 este tipo de cavidade que permite que a radia\xc3\xa7\xc3\xa3o fique confinada no meio activo de tal modo que possa estimular decaimentos electr\xc3\xb3nicos. Uma caracter\xc3\xadstica importante nestas heterojun\xc3\xa7\xc3\xb5es reside no modo em que a corrente el\xc3\xa9ctrica passa por elas. Existem dois modos poss\xc3\xadveis: a camada met\xc3\xa1lica dos extremos s\xc3\xb3 existe por cima da zona activa; deposi\xc3\xa7\xc3\xa3o de uma camada isolante fora da zona activa e posterior deposi\xc3\xa7\xc3\xa3o da camada met\xc3\xa1lica; O material mais usado para as heterojun\xc3\xa7\xc3\xb5es do lado n e p no extremo s\xc3\xa3o o Al_{x}Ga_{1-x}As e GaAs para o meio activo p. \xc3\x89 de referir que n\xc3\xa3o \xc3\xa9 utilizado o sil\xc3\xadcio como mat\xc3\xa9ria prima dos laseres pelo facto da emiss\xc3\xa3o espont\xc3\xa2nea e estimulada serem mais promovidas por processos de gera\xc3\xa7\xc3\xa3o e recombina\xc3\xa7\xc3\xa3o directos em vez de indirectos como acontece no sil\xc3\xadcio. O funcionamento dos laseres com estrutura VCSEL \xc3\xa9 diferente deste \xc3\xbaltimo descrito por necessitar do tratamento qu\xc3\xa2ntico.\n_START_SECTION_\nAplica\xc3\xa7\xc3\xb5es na tecnologia\n_START_PARAGRAPH_\nO laser d\xc3\xadodo \xc3\xa9 o tipo de laser mais comum na tecnologia actual. Em 2004 este tipo de laser superou as 733 milh\xc3\xb5es de vendas em compara\xc3\xa7\xc3\xa3o com as 130 mil vendas de outros tipos de laseres. A utiliza\xc3\xa7\xc3\xa3o desta tecnologia est\xc3\xa1 em quase toda a electr\xc3\xb3nica actual. Em telecomunica\xc3\xa7\xc3\xb5es o laser d\xc3\xadodo \xc3\xa9 usado para enviar sinais \xc3\xb3pticos nas fibras \xc3\xb3pticas. Apontadores lasers vermelhos e verdes tamb\xc3\xa9m s\xc3\xa3o fabricados com base nesta tecnologia semicondutora assim como as impressoras a laser, leitores de c\xc3\xb3digos de barras, scanners, laseres de cirurgia, etc. Os leitores de CDs e DVDs usam laseres d\xc3\xadodos na zona do infravermelhos e vermelho do espectro enquanto que os leitores de HD DVD e Blu-ray utilizam-na na zona do violeta e ultravioleta. A espectroscopia de absor\xc3\xa7\xc3\xa3o laser tamb\xc3\xa9m utiliza este tipo de tecnologia. Como os semicondutores s\xc3\xa3o relativamente baratos (por serem mais abundantes) em compara\xc3\xa7\xc3\xa3o com os materiais de outras tecnologias, podemos dizer que o d\xc3\xadodo laser \xc3\xa9 o dispositivo mais competitivo no mercado electr\xc3\xb3nico. O facto de n\xc3\xa3o necessitar de grande manuten\xc3\xa7\xc3\xa3o como outros tipos de laseres como o laser gasoso (troca de gases periodicamente) faz com que tenha mais uma vantagem em rela\xc3\xa7\xc3\xa3o aos outros. As dimens\xc3\xb5es tamb\xc3\xa9m colocam o laser d\xc3\xadodo entre os laseres favoritos nos nossos dispositivos electr\xc3\xb3nicos (actualmente menores do que o mil\xc3\xadmetro). \xce\xbb = C/V C = velocidade da luz V = E/H H = 4,14 constante"