Принцип роботи напівпровідникового лазера

Принцип роботинапівпровідниковий лазер

Перш за все, вводяться вимоги до параметрів напівпровідникових лазерів, включаючи головним чином такі аспекти:
1. Фотоелектричні характеристики: включаючи коефіцієнт згасання, динамічну ширину лінії та інші параметри, ці параметри безпосередньо впливають на продуктивність напівпровідникових лазерів у системах зв'язку.
2. Структурні параметри: такі як розмір та розташування світильника, визначення кінця витяжки, розмір установки та розмір контуру.
3. Довжина хвилі: Діапазон довжин хвиль напівпровідникового лазера становить 650~1650 нм, а точність висока.
4. Пороговий струм (Ith) та робочий струм (lop): ці параметри визначають умови запуску та робочий стан напівпровідникового лазера.
5. Потужність та напруга: Вимірюючи потужність, напругу та струм напівпровідникового лазера під час роботи, можна побудувати криві PV, PI та IV для розуміння їх робочих характеристик.

Принцип роботи
1. Умови посилення: Встановлюється інверсний розподіл носіїв заряду в середовищі лазера (активній області). У напівпровіднику енергія електронів представлена ​​низкою майже безперервних енергетичних рівнів. Тому кількість електронів на дні зони провідності у високоенергетичному стані повинна бути значно більшою, ніж кількість дірок на вершині валентної зони у низькоенергетичному стані між двома областями енергетичної зони, щоб досягти інверсії кількості частинок. Це досягається шляхом прикладання позитивного зміщення до гомо- або гетеропереходу та інжекції необхідних носіїв в активний шар для збудження електронів з валентної зони з нижчою енергією до зони провідності з вищою енергією. Коли велика кількість електронів у стані оберненої популяції частинок рекомбінує з дірками, виникає вимушене випромінювання.
2. Для фактичного отримання когерентного стимульованого випромінювання, стимульоване випромінювання має бути кілька разів подано назад в оптичний резонатор для формування лазерних коливань. Резонатор лазера утворений природною площиною спайності напівпровідникового кристала у вигляді дзеркала, зазвичай покритого на кінці світла багатошаровою діелектричною плівкою з високим коефіцієнтом відбиття, а гладка поверхня покрита плівкою зі зниженим коефіцієнтом відбиття. Для напівпровідникового лазера з резонатором Fp (резонатор Фабрі-Перо) резонатор FP можна легко побудувати, використовуючи природну площину спайності, перпендикулярну до площини pn переходу кристала.
(3) Для формування стабільних коливань лазерне середовище повинно забезпечувати достатньо велике підсилення, щоб компенсувати оптичні втрати, спричинені резонатором, та втрати, спричинені лазерним випромінюванням з поверхні резонатора, а також постійно збільшувати світлове поле в резонаторі. Повинна бути достатньо сильна інжекція струму, тобто достатня інверсія кількості частинок, чим вищий ступінь інверсії кількості частинок, тим більше підсилення, тобто має відповідати певній умові порогового значення струму. Коли лазер досягає порогового значення, світло з певною довжиною хвилі може резонувати в резонаторі та посилюватися, що, нарешті, призводить до формування лазерного та безперервного випромінювання.

Вимога до продуктивності
1. Ширина смуги пропускання та швидкість модуляції: напівпровідникові лазери та їх технологія модуляції мають вирішальне значення в бездротовому оптичному зв'язку, а ширина смуги пропускання та швидкість модуляції безпосередньо впливають на якість зв'язку. Внутрішньо модульований лазер (лазер з прямою модуляцією) підходить для різних галузей волоконно-оптичного зв'язку завдяки високій швидкості передачі та низькій вартості.
2. Спектральні характеристики та модуляційні характеристики: напівпровідникові лазери з розподіленим зворотним зв'язком (DFB-лазер) стали важливим джерелом світла в оптичному волоконному зв'язку та космічному оптичному зв'язку завдяки своїм чудовим спектральним характеристикам та модуляційним характеристикам.
3. Вартість та масове виробництво: Напівпровідникові лазери повинні мати переваги низької вартості та масового виробництва, щоб задовольнити потреби великомасштабного виробництва та застосувань.
4. Споживання енергії та надійність: У таких сценаріях застосування, як центри обробки даних, напівпровідникові лазери потребують низького споживання енергії та високої надійності для забезпечення довготривалої стабільної роботи.