Principi de funcionament del làser semiconductor

Principi de funcionament delàser semiconductor

En primer lloc, s'introdueixen els requisits de paràmetres per als làsers semiconductors, incloent-hi principalment els aspectes següents:
1. Rendiment fotoelèctric: incloent-hi la relació d'extinció, l'amplada de línia dinàmica i altres paràmetres, aquests paràmetres afecten directament el rendiment dels làsers semiconductors en els sistemes de comunicació.
2. Paràmetres estructurals: com ara la mida i la disposició lluminosa, la definició de l'extrem d'extracció, la mida de la instal·lació i la mida del contorn.
3. Longitud d'ona: el rang de longitud d'ona del làser semiconductor és de 650 a 1650 nm i la precisió és alta.
4. Corrent llindar (Ith) i corrent de funcionament (lop): aquests paràmetres determinen les condicions d'arrencada i l'estat de funcionament del làser semiconductor.
5. Potència i voltatge: Mesurant la potència, el voltatge i el corrent del làser semiconductor en funcionament, es poden dibuixar corbes PV, PI i IV per entendre les seves característiques de funcionament.

Principi de funcionament
1. Condicions de guany: S'estableix la distribució d'inversió dels portadors de càrrega en el medi làser (regió activa). En el semiconductor, l'energia dels electrons està representada per una sèrie de nivells d'energia gairebé continus. Per tant, el nombre d'electrons a la part inferior de la banda de conducció en l'estat d'alta energia ha de ser molt més gran que el nombre de forats a la part superior de la banda de valència en l'estat de baixa energia entre les dues regions de la banda d'energia per aconseguir la inversió del nombre de partícules. Això s'aconsegueix aplicant un biaix positiu a l'homojunció o heterojunció i injectant els portadors necessaris a la capa activa per excitar els electrons de la banda de valència d'energia més baixa a la banda de conducció d'energia més alta. Quan un gran nombre d'electrons en l'estat de població de partícules invertida es recombinen amb forats, es produeix una emissió estimulada.
2. Per obtenir una radiació estimulada coherent, la radiació estimulada s'ha de retroalimentar diverses vegades al ressonador òptic per formar una oscil·lació làser. El ressonador del làser està format per la superfície de clivatge natural del cristall semiconductor com a mirall, generalment recoberta a l'extrem de la llum amb una pel·lícula dielèctrica multicapa d'alta reflexió, i la superfície llisa està recoberta amb una pel·lícula de reflexió reduïda. Per al làser semiconductor de cavitat Fp (cavitat Fabry-Perot), la cavitat FP es pot construir fàcilment utilitzant el pla de clivatge natural perpendicular al pla d'unió pn del cristall.
(3) Per tal de formar una oscil·lació estable, el medi làser ha de ser capaç de proporcionar un guany prou gran per compensar la pèrdua òptica causada pel ressonador i la pèrdua causada per la sortida del làser des de la superfície de la cavitat, i augmentar constantment el camp de llum a la cavitat. Això ha de tenir una injecció de corrent prou forta, és a dir, que hi hagi prou inversió del nombre de partícules, com més alt sigui el grau d'inversió del nombre de partícules, més gran serà el guany, és a dir, el requisit ha de complir una determinada condició de llindar de corrent. Quan el làser arriba al llindar, la llum amb una longitud d'ona específica pot ressonar a la cavitat i amplificar-se, i finalment formar un làser i una sortida contínua.

Requisit de rendiment
1. Ample de banda i velocitat de modulació: els làsers semiconductors i la seva tecnologia de modulació són crucials en la comunicació òptica sense fil, i l'ample de banda i la velocitat de modulació afecten directament la qualitat de la comunicació. Làser modulat internament (làser modulat directament) és adequat per a diferents camps de la comunicació per fibra òptica a causa de la seva alta velocitat de transmissió i baix cost.
2. Característiques espectrals i característiques de modulació: Làsers de retroalimentació distribuïda de semiconductors (Làser DFB) s'han convertit en una font de llum important en la comunicació per fibra òptica i la comunicació òptica espacial a causa de les seves excel·lents característiques espectrals i característiques de modulació.
3. Cost i producció en massa: els làsers semiconductors han de tenir els avantatges del baix cost i la producció en massa per satisfer les necessitats de la producció i les aplicacions a gran escala.
4. Consum d'energia i fiabilitat: En escenaris d'aplicació com ara centres de dades, els làsers semiconductors requereixen un baix consum d'energia i una alta fiabilitat per garantir un funcionament estable a llarg termini.