Princíp fungovania polovodičového laseru

Princíp fungovaniapolovodičový laser

Najprv sú predstavené požiadavky na parametre polovodičových laserov, vrátane najmä nasledujúcich aspektov:
1. Fotoelektrický výkon: vrátane extinkčného pomeru, dynamickej šírky čiary a ďalších parametrov, tieto parametre priamo ovplyvňujú výkon polovodičových laserov v komunikačných systémoch.
2. Štrukturálne parametre: ako napríklad veľkosť a usporiadanie svetla, definícia odsávacieho konca, veľkosť inštalácie a obrysová veľkosť.
3. Vlnová dĺžka: Rozsah vlnových dĺžok polovodičového laseru je 650 ~ 1650 nm a presnosť je vysoká.
4. Prahový prúd (Ith) a prevádzkový prúd (lop): Tieto parametre určujú štartovacie podmienky a prevádzkový stav polovodičového laseru.
5. Výkon a napätie: Meraním výkonu, napätia a prúdu polovodičového laseru počas prevádzky je možné nakresliť krivky PV, PI a IV, aby sa pochopili ich pracovné charakteristiky.

Princíp fungovania
1. Podmienky zosilnenia: Je stanovené inverzné rozloženie nosičov náboja v laserovom médiu (aktívna oblasť). V polovodiči je energia elektrónov reprezentovaná sériou takmer spojitých energetických hladín. Preto musí byť počet elektrónov na dne vodivostného pásma vo vysokoenergetickom stave oveľa väčší ako počet dier na vrchole valenčného pásma v nízkoenergetickom stave medzi týmito dvoma oblasťami energetického pásma, aby sa dosiahla inverzia počtu častíc. To sa dosiahne aplikáciou kladného predpätia na homo- alebo hetero-prechod a vstreknutím potrebných nosičov do aktívnej vrstvy na excitáciu elektrónov z valenčného pásma s nižšou energiou do vodivostného pásma s vyššou energiou. Keď sa veľký počet elektrónov v obrátenom stave populácie častíc rekombinuje s dierami, dochádza k stimulovanej emisii.
2. Aby sa skutočne dosiahlo koherentné stimulované žiarenie, musí sa stimulované žiarenie niekoľkokrát vrátiť späť do optického rezonátora, aby sa vytvorili laserové kmity. Rezonátor laseru je tvorený prirodzenou štiepnou plochou polovodičového kryštálu ako zrkadlom, zvyčajne pokrytým na konci svetla viacvrstvovou dielektrickou vrstvou s vysokým odrazom a hladký povrch je pokrytý vrstvou so zníženým odrazom. Pre polovodičový laser s dutinou Fp (Fabry-Perotova dutina) sa dá dutina FP ľahko vytvoriť pomocou prirodzenej štiepnej roviny kolmej na rovinu pn prechodu kryštálu.
(3) Aby sa vytvorila stabilná oscilácia, laserové médium musí byť schopné poskytnúť dostatočne veľký zisk, aby kompenzovalo optické straty spôsobené rezonátorom a straty spôsobené laserovým výstupom z povrchu dutiny, a neustále zväčšovať svetelné pole v dutine. Toto musí mať dostatočne silný vstrekovaný prúd, t. j. musí byť dostatočne inverzný počet častíc, čím vyšší je stupeň inverzie počtu častíc, tým väčší je zisk, t. j. musí byť splnená požiadavka na určitý prahový prúd. Keď laser dosiahne prahový prúd, svetlo so špecifickou vlnovou dĺžkou môže rezonovať v dutine a zosilňovať sa, čím sa nakoniec vytvorí laserový a nepretržitý výstup.

Požiadavka na výkon
1. Šírka pásma a rýchlosť modulácie: polovodičové lasery a ich modulačná technológia sú kľúčové v bezdrôtovej optickej komunikácii a šírka pásma a rýchlosť modulácie priamo ovplyvňujú kvalitu komunikácie. Interne modulovaný laser (priamo modulovaný laser) je vhodný pre rôzne oblasti optickej komunikácie vďaka svojej vysokorýchlostnej prenosovej rýchlosti a nízkym nákladom.
2. Spektrálne charakteristiky a modulačné charakteristiky: Polovodičové lasery s distribuovanou spätnou väzbou (DFB laser) sa stali dôležitým zdrojom svetla v optickej komunikácii a vesmírnej optickej komunikácii vďaka svojim vynikajúcim spektrálnym charakteristikám a modulačným charakteristikám.
3. Náklady a hromadná výroba: Polovodičové lasery musia mať výhody nízkych nákladov a hromadnej výroby, aby spĺňali potreby veľkovýroby a aplikácií.
4. Spotreba energie a spoľahlivosť: V aplikačných scenároch, ako sú dátové centrá, polovodičové lasery vyžadujú nízku spotrebu energie a vysokú spoľahlivosť, aby sa zabezpečila dlhodobá stabilná prevádzka.