A félvezető lézer működési elve

Működési elvefélvezető lézer

Mindenekelőtt a félvezető lézerekre vonatkozó paraméterkövetelmények kerülnek bemutatásra, amelyek főként a következő szempontokat foglalják magukban:
1. Fotoelektromos teljesítmény: beleértve a kioltási arányt, a dinamikus vonalszélességet és egyéb paramétereket, ezek a paraméterek közvetlenül befolyásolják a félvezető lézerek teljesítményét a kommunikációs rendszerekben.
2. Szerkezeti paraméterek: mint például a fényerő mérete és elrendezése, az elszívó vég meghatározása, a telepítés mérete és a körvonal mérete.
3. Hullámhossz: A félvezető lézer hullámhossz-tartománya 650 ~ 1650 nm, és a pontosság nagy.
4. Küszöbáram (Ith) és üzemi áram (lop) : Ezek a paraméterek határozzák meg a félvezető lézer indítási feltételeit és működési állapotát.
5. Teljesítmény és feszültség: A működés közbeni félvezető lézer teljesítményének, feszültségének és áramának mérésével PV, PI és IV görbék rajzolhatók a működési jellemzőik megértéséhez.

Működési elv
1. Erősítési feltételek: Megállapítjuk a töltéshordozók inverziós eloszlását a lézerközegben (aktív régióban). A félvezetőben az elektronok energiáját közel folyamatos energiaszintek sorozata képviseli. Ezért a nagy energiájú állapotban a vezetési sáv alján lévő elektronok számának sokkal nagyobbnak kell lennie, mint a vegyértéksáv tetején lévő lyukak számának alacsony energiájú állapotban a két energiasáv közötti régió között, hogy elérjük a vezetési sáv inverzióját. a részecskeszámot. Ezt úgy érjük el, hogy pozitív torzítást alkalmazunk a homojunkcióra vagy heterojunkcióra, és a szükséges hordozókat az aktív rétegbe injektáljuk, hogy az elektronokat az alacsonyabb energiájú vegyértéksávból a magasabb energiájú vezetési sávba gerjesztjük. Amikor nagyszámú elektron a fordított részecskepopuláció állapotában rekombinálódik lyukakkal, stimulált emisszió lép fel.
2. Ahhoz, hogy ténylegesen koherens stimulált sugárzást kapjunk, a stimulált sugárzást többször vissza kell vezetni az optikai rezonátorba lézeroszcilláció kialakításához, a lézer rezonátorát a félvezető kristály természetes hasadási felülete képezi tükörként, általában a fény végét nagy visszaverődésű többrétegű dielektromos fóliával vonják be, a sima felületet pedig csökkentett reflexiós fóliával vonják be. Az Fp üreges (Fabry-Perot üreg) félvezető lézer esetében az FP üreg könnyen megszerkeszthető a kristály pn csatlakozási síkjára merőleges természetes hasítási sík felhasználásával.
(3) A stabil rezgés kialakításához a lézerközegnek elég nagy erősítést kell biztosítania ahhoz, hogy kompenzálja a rezonátor okozta optikai veszteséget és az üreg felületéről érkező lézerkimenet által okozott veszteséget, és folyamatosan növelje a fénymező az üregben. Ennek elég erős árambefecskendezéssel kell rendelkeznie, vagyis elegendő részecskeszám-inverzió legyen, minél nagyobb a részecskeszám-inverzió mértéke, annál nagyobb az erősítés, vagyis a követelménynek meg kell felelnie egy bizonyos áramküszöb-feltételnek. Amikor a lézer eléri a küszöböt, egy meghatározott hullámhosszú fény rezonálható az üregben és felerősíthető, végül lézer és folyamatos kimenetet képezhet.

Teljesítménykövetelmény
1. Modulációs sávszélesség és sebesség: a félvezető lézerek és modulációs technológiájuk kulcsfontosságú a vezeték nélküli optikai kommunikációban, és a modulációs sávszélesség és sebesség közvetlenül befolyásolja a kommunikáció minőségét. Belső modulált lézer (közvetlenül modulált lézer) nagy sebességű átvitele és alacsony költsége miatt alkalmas az optikai szálas kommunikáció különböző területeire.
2. Spektrális jellemzők és modulációs jellemzők: Félvezető elosztott visszacsatoló lézerek (DFB lézer) kiváló spektrális jellemzőik és modulációs jellemzőik miatt fontos fényforrássá váltak az optikai szálas kommunikációban és az űroptikai kommunikációban.
3. Költség és tömeggyártás: A félvezető lézereknek rendelkezniük kell az alacsony költség és a tömeggyártás előnyeivel, hogy megfeleljenek a nagyüzemi gyártás és alkalmazások igényeinek.
4. Energiafogyasztás és megbízhatóság: Az olyan alkalmazásokban, mint például az adatközpontok, a félvezető lézerek alacsony energiafogyasztást és nagy megbízhatóságot igényelnek a hosszú távú stabil működés érdekében.