Arbetsprincip för halvledarlaser

Arbetsprincip förhalvledarlaser

Först introduceras parameterkraven för halvledarlasrar, huvudsakligen inklusive följande aspekter:
1. Fotoelektrisk prestanda: inklusive extinktionsförhållande, dynamisk linjebredd och andra parametrar, påverkar dessa parametrar direkt prestandan hos halvledarlasrar i kommunikationssystem.
2. Strukturella parametrar: såsom ljusstyrka och arrangemang, definition av utsugsänden, installationsstorlek och konturstorlek.
3. Våglängd: Våglängdsområdet för halvledarlasern är 650~1650 nm, 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 effekt, spänning och ström hos halvledarlasern i arbete kan PV-, PI- och IV-kurvor ritas för att förstå deras arbetsegenskaper.

Arbetsprincip
1. Förstärkningsvillkor: Inversionsfördelningen av laddningsbärare i lasermediet (aktiv region) etableras. I halvledaren representeras elektronernas energi av en serie nästan kontinuerliga energinivåer. Därför måste antalet elektroner längst ner i ledningsbandet i högenergitillståndet vara mycket större än antalet hål längst upp i valensbandet i lågenergitillståndet mellan de två energibandregionerna för att uppnå inversionen av partikelantalet. Detta uppnås genom att applicera en positiv bias på homojunctionen eller heterojunctionen och injicera de nödvändiga laddningsbärarna i det aktiva lagret för att excitera elektroner från valensbandet med lägre energi till ledningsbandet med högre energi. När ett stort antal elektroner i det omvända partikelpopulationstillståndet rekombineras med hål sker stimulerad emission.
2. För att faktiskt erhålla koherent stimulerad strålning måste den stimulerade strålningen matas tillbaka flera gånger i den optiska resonatorn för att bilda laseroscillation. Laserns resonator bildas av halvledarkristallens naturliga klyvningsyta som en spegel, vanligtvis pläterad på ljusets ände med en högreflekterande flerskikts dielektrisk film, och den släta ytan är pläterad med en reducerad reflektionsfilm. För 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 orsakad av resonatorn och förlusten orsakad av laserutgången från kavitetens yta, och ständigt öka ljusfältet i kaviteten. Detta måste ha en tillräckligt stark ströminjektion, det vill säga det finns tillräckligt med partikelantalsinversion, ju högre grad av partikelantalsinversion, 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 utgång.

Prestandakrav
1. Modulationsbandbredd 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 överföringshastighet och låga kostnad.
2. Spektrala egenskaper och modulationsegenskaper: Halvledarlasrar med distribuerad återkoppling (DFB-laser) har blivit en viktig ljuskälla inom optisk fiberkommunikation och rymdoptisk kommunikation på grund av deras utmärkta spektralegenskaper och moduleringsegenskaper.
3. Kostnad och massproduktion: Halvledarlasrar behöver ha fördelarna med låg kostnad och massproduktion för att möta behoven hos storskalig produktion och tillämpningar.
4. Strömförbrukning och tillförlitlighet: I tillämpningsscenarier som datacenter kräver halvledarlasrar låg strömförbrukning och hög tillförlitlighet för att säkerställa långsiktig stabil drift.