Arbetsprincip för halvledarlaser

Arbetsprincipen förhalvledarlaser

Först och främst introduceras parameterkraven för halvledarlasrar, huvudsakligen inklusive följande aspekter:
1. Fotoelektrisk prestanda: inklusive släckningsförhållande, dynamisk linjebredd och andra parametrar, dessa parametrar påverkar direkt prestandan hos halvledarlasrar i kommunikationssystem.
2. Strukturella parametrar: såsom ljusstorlek och arrangemang, utsugningsänddefinition, installationsstorlek och konturstorlek.
3. Våglängd: Våglängdsintervallet för halvledarlaser är 650~1650nm, och noggrannheten är hög.
4. Tröskelström (Ith) och driftsström (lop): Dessa parametrar bestämmer startförhållandena och arbetstillståndet för halvledarlasern.
5. Effekt och spänning: Genom att mäta effekten, spänningen och strömmen hos halvledarlasern i arbete kan PV-, PI- och IV-kurvor ritas för att förstå deras arbetsegenskaper.

Arbetsprincip
1. Förstärkningsvillkor: Inversionsfördelningen av laddningsbärare i lasrmediet (aktivt område) fastställs. I halvledaren representeras elektronernas energi av en serie av nästan kontinuerliga energinivåer. Därför måste antalet elektroner i botten av ledningsbandet i högenergitillståndet vara mycket större än antalet hål i toppen av valensbandet i lågenergitillståndet mellan de två energibandsområdena för att uppnå inversionen av partikelnumret. Detta uppnås genom att applicera en positiv förspänning på homojunction eller heterojunction och injicera de nödvändiga bärarna i det aktiva skiktet för att excitera elektroner från det lägre energivalensbandet till det högre energiledningsbandet. När ett stort antal elektroner i det omvända partikelpopulationstillståndet rekombinerar med hål uppstår stimulerad emission.
2. För att faktiskt få koherent stimulerad strålning måste den stimulerade strålningen återkopplas flera gånger i den optiska resonatorn för att bilda laseroscillation, laserns resonator bildas av den naturliga klyvningsytan på halvledarkristallen som en spegel, vanligtvis pläterad på änden av ljuset med en högreflekterande flerskikts dielektrisk film, och den släta ytan är pläterad med en reducerad reflektionsfilm. För halvledarlasern Fp-kaviteten (Fabry-Perot-kaviteten) kan FP-kaviteten enkelt konstrueras genom att använda det naturliga klyvningsplanet vinkelrätt mot kristallens pn-övergångsplan.
(3) För att bilda en stabil oscillation måste lasermediet kunna ge en tillräckligt stor förstärkning för att kompensera för den optiska förlusten som orsakas av resonatorn och förlusten som orsakas av laserutgången från kavitetens yta, och ständigt öka ljusfält i kaviteten. Denna måste ha en tillräckligt stark ströminjektion, det vill säga det finns tillräckligt med partikelantalinversion, ju högre grad av partikelantalinversion desto större förstärkning, det vill säga kravet måste uppfylla ett visst strömtröskelvillkor. När lasern når tröskeln kan ljus med en specifik våglängd resoneras i kaviteten och förstärkas och slutligen bilda en laser och kontinuerlig utsignal.

Prestandakrav
1. Moduleringsbandbredd och -hastighet: halvledarlasrar och deras moduleringsteknik är avgörande för trådlös optisk kommunikation, och moduleringsbandbredden och -hastigheten påverkar direkt kommunikationskvaliteten. Internt modulerad laser (direktmodulerad laser) är lämplig för olika områden inom optisk fiberkommunikation på grund av dess höga hastighetsöverföring och låga kostnad.
2. Spektrala egenskaper och moduleringsegenskaper: Halvledardistribuerade återkopplingslasrar(DFB laser) har blivit en viktig ljuskälla inom optisk fiberkommunikation och rymdoptisk kommunikation på grund av deras utmärkta spektrala egenskaper och moduleringsegenskaper.
3. Kostnad och massproduktion: Halvledarlasrar måste ha fördelarna med låg kostnad och massproduktion för att möta behoven för storskalig produktion och applikationer.
4. Strömförbrukning och tillförlitlighet: I applikationsscenarier som datacenter kräver halvledarlasrar låg strömförbrukning och hög tillförlitlighet för att säkerställa en långsiktig stabil drift.