Princip rada poluprovodničkog lasera

Princip radapoluprovodnički laser

Prije svega, uvode se zahtjevi parametara za poluvodičke lasere, koji uglavnom uključuju sljedeće aspekte:
1. Fotoelektrične performanse: uključujući omjer ekstinkcije, dinamičku širinu linije i druge parametre, ovi parametri direktno utiču na performanse poluvodičkih lasera u komunikacijskim sistemima.
2. Strukturni parametri: kao što su veličina i raspored svjetla, definicija kraja izvlačenja, veličina instalacije i veličina obrisa.
3. Talasna dužina: Opseg talasnih dužina poluprovodničkog lasera je 650~1650nm, a tačnost je visoka.
4. Prag struje (Ith) i radna struja (lop) : Ovi parametri određuju uslove pokretanja i radno stanje poluprovodničkog lasera.
5. Snaga i napon: Mjerenjem snage, napona i struje poluprovodničkog lasera na radu, PV, PI i IV krive se mogu nacrtati kako bi se razumjele njihove radne karakteristike.

Princip rada
1. Uslovi pojačanja: Uspostavljena je inverziona distribucija nosilaca naboja u medijumu lasera (aktivnom području). U poluprovodniku, energija elektrona je predstavljena nizom gotovo kontinuiranih energetskih nivoa. Stoga, broj elektrona na dnu vodljivog pojasa u visokoenergetskom stanju mora biti mnogo veći od broja rupa na vrhu valentnog pojasa u stanju niske energije između dva područja energetskog pojasa da bi se postigla inverzija broj čestice. Ovo se postiže primjenom pozitivne pristranosti na homospojnicu ili heterospojnicu i ubrizgavanjem potrebnih nosača u aktivni sloj za pobuđivanje elektrona iz valentnog pojasa niže energije u pojas provodljivosti više energije. Kada se veliki broj elektrona u stanju populacije obrnute čestice rekombinuje sa rupama, dolazi do stimulisane emisije.
2. Da bi se zapravo dobilo koherentno stimulirano zračenje, stimulirano zračenje se mora vratiti nekoliko puta u optički rezonator kako bi se formirala laserska oscilacija, rezonator lasera je formiran od prirodne površine cijepanja poluvodičkog kristala kao ogledala, obično obložena na kraju svjetla višeslojnim dielektričnim filmom visoke refleksije, a glatka površina je obložena smanjenim reflektirajućim filmom. Za poluvodički laser sa Fp šupljinom (Fabry-Perot cavity), FP šupljina se može lako konstruirati korištenjem prirodne ravni cijepanja koja je okomita na ravan pn spoja kristala.
(3) Da bi se formirala stabilna oscilacija, laserski medij mora biti u stanju osigurati dovoljno veliko pojačanje da kompenzira optički gubitak uzrokovan rezonatorom i gubitak uzrokovan laserskim izlazom iz površine šupljine, te stalno povećava svetlosnog polja u šupljini. Ovo mora imati dovoljno jaku strujnu injekciju, to jest, postoji dovoljno inverzije broja čestica, što je veći stepen inverzije broja čestica, to je veće pojačanje, odnosno, zahtjev mora zadovoljiti određeni strujni prag. Kada laser dostigne prag, svjetlost sa određenom talasnom dužinom može rezonirati u šupljini i pojačati, te konačno formirati laser i kontinuirani izlaz.

Zahtjev za performanse
1. Širina i brzina modulacije: poluvodički laseri i njihova modulaciona tehnologija su ključni u bežičnoj optičkoj komunikaciji, a širina i brzina modulacije direktno utiču na kvalitet komunikacije. Interno modulirani laser (direktno modulirani laser) je pogodan za različite oblasti komunikacije optičkim vlaknima zbog svoje velike brzine prijenosa i niske cijene.
2. Spektralne karakteristike i karakteristike modulacije: Poluprovodnički distribuirani laseri sa povratnom spregom (DFB laser) su postali važan izvor svjetlosti u komunikaciji optičkim vlaknima i svemirskoj optičkoj komunikaciji zbog svojih odličnih spektralnih karakteristika i karakteristika modulacije.
3. Troškovi i masovna proizvodnja: Poluprovodnički laseri moraju imati prednosti niske cijene i masovne proizvodnje kako bi zadovoljili potrebe proizvodnje i aplikacija velikih razmjera.
4. Potrošnja energije i pouzdanost: U scenarijima primjene kao što su centri podataka, poluvodički laseri zahtijevaju nisku potrošnju energije i visoku pouzdanost kako bi se osigurao dugotrajan stabilan rad.