Принцип роботи напівпровідникового лазера

Принцип роботинапівпровідниковий лазер

Перш за все, вводяться вимоги до параметрів напівпровідникових лазерів, в основному включаючи такі аспекти:
1. Фотоелектричні характеристики: включаючи коефіцієнт екстинкції, динамічну ширину лінії та інші параметри, ці параметри безпосередньо впливають на продуктивність напівпровідникових лазерів у системах зв’язку.
2. Структурні параметри: такі як світловий розмір і розташування, визначення кінця вилучення, розмір установки та розмір контуру.
3. Довжина хвилі: діапазон довжин хвиль напівпровідникового лазера становить 650~1650 нм, а точність висока.
4. Пороговий струм (Ith) і робочий струм (lop): ці параметри визначають умови запуску та робочий стан напівпровідникового лазера.
5. Потужність і напруга: шляхом вимірювання потужності, напруги та струму напівпровідникового лазера під час роботи можна побудувати криві PV, PI та IV, щоб зрозуміти їхні робочі характеристики.

Принцип роботи
1. Умови посилення: встановлено інверсійний розподіл носіїв заряду в середовищі генерації (активній області). У напівпровіднику енергія електронів представлена ​​серією майже безперервних енергетичних рівнів. Тому кількість електронів у нижній частині зони провідності у високоенергетичному стані має бути набагато більшою, ніж кількість дірок у верхній частині валентної зони в низькоенергетичному стані між двома областями енергетичної зони, щоб досягти інверсії номер частинки. Це досягається застосуванням позитивного зсуву до гомопереходу або гетеропереходу та введенням необхідних носіїв в активний шар для збудження електронів із нижчої валентної зони в зону провідності з більшою енергією. Коли велика кількість електронів у стані оберненої заселеності частинок рекомбінує з дірками, виникає стимульоване випромінювання.
2. Щоб фактично отримати когерентне стимульоване випромінювання, стимульоване випромінювання має бути подано кілька разів в оптичний резонатор для формування лазерних коливань, резонатор лазера утворений природною поверхнею розколу напівпровідникового кристала як дзеркало, зазвичай Покриття на кінці світла багатошаровою діелектричною плівкою з високим відбиттям, а гладка поверхня покрита плівкою зі зниженим відображенням. Для напівпровідникового лазера з резонатором Fp (резонатор Фабрі-Перо) резонатор FP можна легко побудувати, використовуючи природну площину розколу, перпендикулярну до площини pn-переходу кристала.
(3) Щоб сформувати стабільне коливання, лазерне середовище має бути здатне забезпечити достатньо велике підсилення, щоб компенсувати оптичні втрати, спричинені резонатором, і втрати, спричинені вихідним випромінюванням лазера з поверхні резонатора, і постійно збільшувати світлове поле в порожнині. Це повинно мати досить сильний струм інжекції, тобто є достатня інверсія числа частинок, чим вищий ступінь інверсії числа частинок, тим більше посилення, тобто вимога повинна відповідати певній пороговій умові струму. Коли лазер досягає порогу, світло з певною довжиною хвилі може резонувати в порожнині та посилюватися, і, нарешті, формувати лазерний безперервний вихід.

Вимоги до продуктивності
1. Смуга пропускання та швидкість модуляції: напівпровідникові лазери та їх технологія модуляції мають вирішальне значення для бездротового оптичного зв’язку, а смуга пропускання та швидкість модуляції безпосередньо впливають на якість зв’язку. Внутрішньомодульований лазер (прямомодульований лазер) підходить для різних сфер волоконно-оптичних комунікацій через високу швидкість передачі та низьку вартість.
2. Спектральні характеристики та характеристики модуляції: напівпровідникові лазери з розподіленим зворотним зв'язком (DFB лазер) стали важливим джерелом світла в волоконно-оптичному зв’язку та космічному оптичному зв’язку завдяки своїм відмінним спектральним характеристикам і характеристикам модуляції.
3. Вартість і масове виробництво: Напівпровідникові лазери повинні мати переваги низької вартості та масового виробництва, щоб задовольнити потреби великомасштабного виробництва та застосувань.
4. Енергоспоживання та надійність: у прикладних сценаріях, таких як центри обробки даних, напівпровідникові лазери потребують низького енергоспоживання та високої надійності для забезпечення тривалої стабільної роботи.