Zasada działania lasera półprzewodnikowego

Zasada działanialaser półprzewodnikowy

Na początek przedstawiono wymagania dotyczące parametrów laserów półprzewodnikowych, obejmujące głównie następujące aspekty:
1. Wydajność fotoelektryczna: w tym współczynnik ekstynkcji, dynamiczna szerokość linii i inne parametry, które bezpośrednio wpływają na wydajność laserów półprzewodnikowych w systemach komunikacyjnych.
2. Parametry konstrukcyjne: takie jak wielkość i rozmieszczenie strumienia świetlnego, definicja końca wyciągu, wielkość instalacji i rozmiar obrysu.
3. Długość fali: Zakres długości fal lasera półprzewodnikowego wynosi 650~1650 nm, a dokładność jest wysoka.
4. Prąd progowy (Ith) i prąd roboczy (lop): Parametry te określają warunki uruchomienia i stan pracy lasera półprzewodnikowego.
5. Moc i napięcie: Mierząc moc, napięcie i prąd lasera półprzewodnikowego w trakcie pracy, można narysować krzywe PV, PI i IV, co pozwala zrozumieć ich parametry robocze.

Zasada działania
1. Warunki wzmocnienia: Ustalony jest inwersyjny rozkład nośników ładunku w ośrodku laserowym (obszarze aktywnym). W półprzewodniku energia elektronów jest reprezentowana przez szereg niemal ciągłych poziomów energetycznych. Dlatego liczba elektronów na dole pasma przewodnictwa w stanie wysokoenergetycznym musi być znacznie większa niż liczba dziur na górze pasma walencyjnego w stanie niskoenergetycznym między dwoma obszarami pasma energetycznego, aby uzyskać inwersję liczby cząstek. Osiąga się to poprzez dodatnie napięcie polaryzacji homo- lub hetero- złącza i wprowadzenie niezbędnych nośników do warstwy aktywnej w celu wzbudzenia elektronów z pasma walencyjnego o niższej energii do pasma przewodnictwa o wyższej energii. Gdy duża liczba elektronów w odwróconym stanie populacji cząstek rekombinuje z dziurami, następuje emisja wymuszona.
2. Aby uzyskać spójne promieniowanie stymulowane, musi ono zostać kilkukrotnie wprowadzone z powrotem do rezonatora optycznego, aby wytworzyć oscylację laserową. Rezonator lasera jest utworzony przez naturalną powierzchnię rozszczepienia kryształu półprzewodnika w postaci lustra, zazwyczaj pokrytego na końcu wiązki światłem wielowarstwową warstwą dielektryczną o wysokim współczynniku odbicia, a gładka powierzchnia jest pokryta warstwą o zmniejszonym współczynniku odbicia. W przypadku lasera półprzewodnikowego z wnęką FP (wnęką Fabry'ego-Perota), wnękę FP można łatwo zbudować, wykorzystując naturalną płaszczyznę rozszczepienia prostopadłą do płaszczyzny złącza pn kryształu.
(3) Aby uzyskać stabilną oscylację, ośrodek laserowy musi być w stanie zapewnić wystarczająco duże wzmocnienie, aby skompensować straty optyczne spowodowane przez rezonator i straty spowodowane wyjściem lasera z powierzchni wnęki, a także stale zwiększać pole świetlne w wnęce. Musi on zapewniać wystarczająco silny wtrysk prądu, tj. wystarczającą inwersję liczby cząstek – im wyższy stopień inwersji liczby cząstek, tym większe wzmocnienie, co oznacza, że ​​wymagane jest spełnienie pewnego warunku progu prądowego. Gdy laser osiągnie próg, światło o określonej długości fali może rezonować we wnęce i być wzmacniane, tworząc ostatecznie laser o ciągłym wyjściu.

Wymagania dotyczące wydajności
1. Szerokość pasma i szybkość modulacji: lasery półprzewodnikowe i ich technologia modulacji mają kluczowe znaczenie w bezprzewodowej komunikacji optycznej, a szerokość pasma i szybkość modulacji bezpośrednio wpływają na jakość komunikacji. Laser z modulacją wewnętrzną (laser z bezpośrednią modulacją) nadaje się do różnych zastosowań w komunikacji światłowodowej ze względu na dużą prędkość transmisji i niski koszt.
2. Charakterystyki widmowe i charakterystyki modulacyjne: Lasery półprzewodnikowe z rozproszonym sprzężeniem zwrotnymLaser DFB) stały się ważnym źródłem światła w komunikacji światłowodowej i kosmicznej komunikacji optycznej ze względu na ich doskonałe charakterystyki widmowe i modulacyjne.
3. Koszt i masowa produkcja: Lasery półprzewodnikowe muszą charakteryzować się niskim kosztem i masową produkcją, aby sprostać potrzebom produkcji i zastosowań na dużą skalę.
4. Zużycie energii i niezawodność: W zastosowaniach takich jak centra danych lasery półprzewodnikowe wymagają niskiego zużycia energii i wysokiej niezawodności, aby zapewnić długoterminową, stabilną pracę.