Načelo delovanja polprevodniškega laserja

Načelo delovanjapolprevodniški laser

Najprej so predstavljene zahteve glede parametrov za polprevodniške laserje, ki vključujejo predvsem naslednje vidike:
1. Fotoelektrična zmogljivost: vključno z ekstinkcijskim razmerjem, dinamično širino črte in drugimi parametri, ti parametri neposredno vplivajo na delovanje polprevodniških laserjev v komunikacijskih sistemih.
2. Strukturni parametri: kot so velikost in razporeditev svetlobe, definicija konca ekstrakcije, velikost namestitve in velikost obrisa.
3. Valovna dolžina: Razpon valovnih dolžin polprevodniškega laserja je 650 ~ 1650 nm, natančnost pa je visoka.
4. Mejni tok (Ith) in delovni tok (lop): Ti parametri določajo zagonske pogoje in delovno stanje polprevodniškega laserja.
5. Moč in napetost: Z merjenjem moči, napetosti in toka polprevodniškega laserja pri delu je mogoče narisati krivulje PV, PI in IV, da bi razumeli njihove delovne značilnosti.

Načelo delovanja
1. Pogoji ojačenja: Vzpostavljena je inverzijska porazdelitev nosilcev naboja v laserskem mediju (aktivno območje). V polprevodniku je energija elektronov predstavljena z nizom skoraj zveznih energijskih ravni. Zato mora biti število elektronov na dnu prevodnega pasu v visokoenergijskem stanju veliko večje od števila lukenj na vrhu valenčnega pasu v nizkoenergijskem stanju med dvema regijama energijskih pasov, da dosežemo inverzijo število delcev. To se doseže z uporabo pozitivne pristranskosti na homojunkcijo ali heterojunkcijo in vbrizgavanjem potrebnih nosilcev v aktivno plast za vzbujanje elektronov iz valenčnega pasu nižje energije v prevodni pas višje energije. Ko se veliko število elektronov v stanju obrnjene populacije delcev rekombinira z luknjami, pride do stimulirane emisije.
2. Da bi dejansko dobili koherentno stimulirano sevanje, je treba stimulirano sevanje večkrat vrniti nazaj v optični resonator, da nastane lasersko nihanje, resonator laserja tvori naravna razcepna površina polprevodniškega kristala kot ogledalo, običajno prevlečena na koncu luči z večplastnim dielektričnim filmom z visokim odbojem, gladka površina pa je prevlečena s filmom z zmanjšanim odbojem. Pri polprevodniškem laserju z votlino Fp (Fabry-Perotova votlina) je mogoče votlino FP enostavno izdelati z uporabo naravne ravnine cepitve, ki je pravokotna na ravnino pn spoja kristala.
(3) Za oblikovanje stabilnega nihanja mora biti laserski medij sposoben zagotoviti dovolj veliko ojačanje, da kompenzira optično izgubo, ki jo povzroči resonator, in izgubo, ki jo povzroči laserski izhod s površine votline, in nenehno povečevati svetlobno polje v votlini. To mora imeti dovolj močan vbrizg toka, kar pomeni, da je dovolj inverzije števila delcev, višja kot je stopnja inverzije števila delcev, večji je dobiček, to pomeni, da mora zahteva izpolnjevati določen trenutni prag. Ko laser doseže prag, lahko svetloba z določeno valovno dolžino resonira v votlini in se ojača ter na koncu tvori laserski in neprekinjeni izhod.

Zahteva glede zmogljivosti
1. Pasovna širina in hitrost modulacije: polprevodniški laserji in njihova tehnologija modulacije so ključni pri brezžični optični komunikaciji, pasovna širina in hitrost modulacije pa neposredno vplivata na kakovost komunikacije. Notranje moduliran laser (neposredno moduliran laser) je primeren za različna področja komunikacije z optičnimi vlakni zaradi visoke hitrosti prenosa in nizkih stroškov.
2. Spektralne značilnosti in modulacijske značilnosti: polprevodniški laserji s porazdeljeno povratno zvezo (DFB laser) so postali pomemben vir svetlobe v komunikaciji z optičnimi vlakni in vesoljski optični komunikaciji zaradi svojih odličnih spektralnih karakteristik in modulacijskih karakteristik.
3. Stroški in množična proizvodnja: polprevodniški laserji morajo imeti prednosti nizke cene in množične proizvodnje, da bi zadostili potrebam obsežne proizvodnje in aplikacij.
4. Poraba energije in zanesljivost: V aplikacijskih scenarijih, kot so podatkovni centri, polprevodniški laserji zahtevajo nizko porabo energije in visoko zanesljivost, da zagotovijo dolgoročno stabilno delovanje.