Arbeidsprinsipp for halvlederlaser

Arbeidsprinsipp forhalvlederlaser

Først introduseres parameterkravene for halvlederlasere, hovedsakelig inkludert følgende aspekter:
1. Fotoelektrisk ytelse: inkludert ekstinksjonsforhold, dynamisk linjebredde og andre parametere, påvirker disse parameterne direkte ytelsen til halvlederlasere i kommunikasjonssystemer.
2. Strukturelle parametere: som lysstørrelse og -arrangement, definisjon av uttrekksende, installasjonsstørrelse og omrissstørrelse.
3. Bølgelengde: Bølgelengdeområdet til halvlederlaseren er 650 ~ 1650 nm, og nøyaktigheten er høy.
4. Terskelstrøm (Ith) og driftsstrøm (lop): Disse parameterne bestemmer oppstartsbetingelsene og arbeidstilstanden til halvlederlaseren.
5. Effekt og spenning: Ved å måle effekten, spenningen og strømmen til halvlederlaseren i arbeid, kan PV-, PI- og IV-kurver tegnes for å forstå deres arbeidsegenskaper.

Arbeidsprinsipp
1. Forsterkningsbetingelser: Inversjonsfordelingen av ladningsbærere i lasermediet (aktiv region) etableres. I halvlederen er elektronenes energi representert av en serie nesten kontinuerlige energinivåer. Derfor må antallet elektroner nederst i ledningsbåndet i høyenergitilstanden være mye større enn antallet hull øverst i valensbåndet i lavenergitilstanden mellom de to energibåndområdene for å oppnå inversjonen av partikkelantallet. Dette oppnås ved å påføre en positiv forspenning på homojunksjonen eller heterojunksjonen og injisere de nødvendige ladningsbærerne i det aktive laget for å eksitere elektroner fra valensbåndet med lavere energi til ledningsbåndet med høyere energi. Når et stort antall elektroner i den reverserte partikkelpopulasjonstilstanden rekombineres med hull, oppstår stimulert emisjon.
2. For å faktisk oppnå koherent stimulert stråling, må den stimulerte strålingen mates tilbake flere ganger i den optiske resonatoren for å danne laseroscillasjon. Laserens resonator dannes av den naturlige spaltingsflaten til halvlederkrystallen som et speil, vanligvis belagt på enden av lyset med en høyreflekterende flerlags dielektrisk film, og den glatte overflaten er belagt med en redusert refleksjonsfilm. For Fp-hulrommet (Fabry-Perot-hulrommet) halvlederlaser kan FP-hulrommet enkelt konstrueres ved å bruke det naturlige spaltingsplanet vinkelrett på krystallens pn-overgangsplan.
(3) For å danne en stabil oscillasjon må lasermediet kunne gi en stor nok forsterkning til å kompensere for det optiske tapet forårsaket av resonatoren og tapet forårsaket av laserutgangen fra hulrommets overflate, og kontinuerlig øke lysfeltet i hulrommet. Dette må ha en sterk nok strøminjeksjon, det vil si at det er nok partikkeltallsinversjon, jo høyere grad av partikkeltallsinversjon, desto større forsterkning, det vil si at kravet må oppfylle en viss strømterskelbetingelse. Når laseren når terskelen, kan lys med en spesifikk bølgelengde resoneres i hulrommet og forsterkes, og til slutt danne en laser og kontinuerlig utgang.

Ytelseskrav
1. Modulasjonsbåndbredde og -hastighet: Halvlederlasere og deres modulasjonsteknologi er avgjørende i trådløs optisk kommunikasjon, og modulasjonsbåndbredden og -hastigheten påvirker kommunikasjonskvaliteten direkte. Internt modulert laser (direkte modulert laser) er egnet for ulike felt innen optisk fiberkommunikasjon på grunn av høyhastighetsoverføring og lave kostnader.
2. Spektrale egenskaper og modulasjonsegenskaper: Halvlederdistribuerte tilbakekoblingslasere (DFB-laser) har blitt en viktig lyskilde i optisk fiberkommunikasjon og romoptisk kommunikasjon på grunn av deres utmerkede spektrale egenskaper og modulasjonsegenskaper.
3. Kostnad og masseproduksjon: Halvlederlasere må ha fordelene med lav kostnad og masseproduksjon for å møte behovene til storskala produksjon og applikasjoner.
4. Strømforbruk og pålitelighet: I applikasjonsscenarier som datasentre krever halvlederlasere lavt strømforbruk og høy pålitelighet for å sikre langsiktig stabil drift.