Prinsip kerja laser semikonduktor

Prinsip kerjalaser semikonduktor

Pertama sekali, keperluan parameter untuk laser semikonduktor diperkenalkan, terutamanya termasuk aspek berikut:
1. Prestasi fotoelektrik: termasuk nisbah kepupusan, lebar garis dinamik dan parameter lain, parameter ini secara langsung mempengaruhi prestasi laser semikonduktor dalam sistem komunikasi.
2. Parameter struktur: seperti saiz dan susunan bercahaya, definisi hujung pengekstrakan, saiz pemasangan dan saiz garis besar.
3. Panjang gelombang: Julat panjang gelombang laser semikonduktor ialah 650 ~ 1650nm, dan ketepatannya tinggi.
4. Arus ambang (Ith) dan arus operasi (lop): Parameter ini menentukan keadaan permulaan dan keadaan kerja laser semikonduktor.
5. Kuasa dan voltan: Dengan mengukur kuasa, voltan dan arus laser semikonduktor yang sedang berfungsi, lengkung PV, PI dan IV boleh dilukis untuk memahami ciri-ciri kerjanya.

Prinsip kerja
1. Keadaan gandaan: Taburan songsangan pembawa cas dalam medium pengelas (kawasan aktif) diwujudkan. Dalam semikonduktor, tenaga elektron diwakili oleh satu siri aras tenaga yang hampir berterusan. Oleh itu, bilangan elektron di bahagian bawah jalur konduksi dalam keadaan tenaga tinggi mestilah jauh lebih besar daripada bilangan lubang di bahagian atas jalur valens dalam keadaan tenaga rendah antara dua kawasan jalur tenaga untuk mencapai songsangan bilangan zarah. Ini dicapai dengan menggunakan bias positif pada homojunction atau heterojunction dan menyuntik pembawa yang diperlukan ke dalam lapisan aktif untuk mengujakan elektron daripada jalur valens tenaga rendah ke jalur konduksi tenaga yang lebih tinggi. Apabila sebilangan besar elektron dalam keadaan populasi zarah terbalik bergabung semula dengan lubang, pancaran terangsang berlaku.
2. Untuk benar-benar mendapatkan sinaran terangsang yang koheren, sinaran terangsang mesti diumpan balik beberapa kali dalam resonator optik untuk membentuk ayunan laser, resonator laser dibentuk oleh permukaan belahan semula jadi kristal semikonduktor sebagai cermin, biasanya disalut pada hujung cahaya dengan filem dielektrik berbilang lapisan pantulan tinggi, dan permukaan licin disalut dengan filem pantulan terkurang. Untuk laser semikonduktor rongga Fp (rongga Fabry-Perot), rongga FP boleh dibina dengan mudah menggunakan satah belahan semula jadi yang berserenjang dengan satah simpang pn kristal.
(3) Untuk membentuk ayunan yang stabil, medium laser mesti dapat memberikan gandaan yang cukup besar untuk mengimbangi kehilangan optik yang disebabkan oleh resonator dan kehilangan yang disebabkan oleh output laser dari permukaan rongga, dan sentiasa meningkatkan medan cahaya dalam rongga. Ini mesti mempunyai suntikan arus yang cukup kuat, iaitu terdapat penyongsangan nombor zarah yang mencukupi, semakin tinggi tahap penyongsangan nombor zarah, semakin besar gandaan, iaitu keperluan mesti memenuhi keadaan ambang arus tertentu. Apabila laser mencapai ambang, cahaya dengan panjang gelombang tertentu boleh bergema dalam rongga dan dikuatkan, dan akhirnya membentuk laser dan output berterusan.

Keperluan prestasi
1. Lebar jalur dan kadar modulasi: laser semikonduktor dan teknologi modulasinya adalah penting dalam komunikasi optik tanpa wayar, dan lebar jalur dan kadar modulasi secara langsung mempengaruhi kualiti komunikasi. Laser termodulasi dalaman (laser termodulasi secara langsung) sesuai untuk pelbagai bidang dalam komunikasi gentian optik kerana penghantaran berkelajuan tinggi dan kosnya yang rendah.
2. Ciri-ciri spektrum dan ciri-ciri modulasi: Laser maklum balas teragih semikonduktor(Laser DFB) telah menjadi sumber cahaya penting dalam komunikasi gentian optik dan komunikasi optik angkasa kerana ciri spektrum dan ciri modulasinya yang sangat baik.
3. Kos dan pengeluaran besar-besaran: Laser semikonduktor perlu mempunyai kelebihan kos rendah dan pengeluaran besar-besaran untuk memenuhi keperluan pengeluaran dan aplikasi berskala besar.
4. Penggunaan kuasa dan kebolehpercayaan: Dalam senario aplikasi seperti pusat data, laser semikonduktor memerlukan penggunaan kuasa yang rendah dan kebolehpercayaan yang tinggi untuk memastikan operasi yang stabil dalam jangka masa panjang.