Arbetsprincip för halvledarlaser

Princip omhalvledarlaser

Först och främst introduceras parameterkraven för halvledarlasrar, främst inklusive följande aspekter:
1. Fotoelektrisk prestanda: inklusive utrotningsförhållande, dynamisk linjebredd och andra parametrar, dessa parametrar påverkar direkt prestandan för halvledarlasrar i kommunikationssystem.
2. Strukturparametrar: såsom lysande storlek och arrangemang, definition av extraktionsänd, installationsstorlek och dispositionsstorlek.
3. Våglängd: Våglängdsområdet för halvledarlaser är 650 ~ 1650 nm och noggrannheten är hög.
4. Tröskelström (ITH) och driftström (LOP): Dessa parametrar bestämmer startförhållandena och arbetstillståndet för halvledarlaseren.
5. Kraft och spänning: Genom att mäta kraften, spänningen och strömmen på halvledarlaseren på jobbet kan PI, PI och IV -kurvor dras för att förstå deras arbetsegenskaper.

Arbetsprincip
1. Förstärkningsvillkor: Inversionsfördelningen av laddningsbärare i lasingmediet (aktivt område) är etablerat. I halvledaren representeras elektronens energi av en serie nästan kontinuerliga energinivåer. Därför måste antalet elektroner längst ner i ledningsbandet i högenergitillståndet vara mycket större än antalet hål på toppen av valensbandet i lågenergitillståndet mellan de två energibandregionerna för att uppnå inversionen av partikelantalet. Detta uppnås genom att applicera en positiv förspänning på homojunction eller heterojunktion och injicera de nödvändiga bärarna i det aktiva skiktet för att väcka elektroner från det lägre energivalensbandet till det högre energibandsbandet. När ett stort antal elektroner i den omvända partikelpopulationstillståndet rekombineras med hål, inträffar stimulerad utsläpp.
2. In order to actually obtain coherent stimulated radiation, the stimulated radiation must be fed back several times in the optical resonator to form laser oscillation, the resonator of the laser is formed by the natural cleavage surface of the semiconductor crystal as a mirror, usually plated on the end of the light with a high reflection multilayer dielectric film, and the smooth surface is plated with a reduced reflection film. För FP-kavitet (Fabry-Perot Cavity) halvledarlaser kan FP-kaviteten enkelt konstrueras genom att använda det naturliga klyvplanet vinkelrätt mot kristallens PN-korsning.
(3) För att bilda en stabil svängning måste lasermediet kunna ge en tillräckligt stor förstärkning för att kompensera för den optiska förlusten orsakad av resonatorn och förlusten orsakad av laserutgången från kavitetsytan och ständigt öka ljusfältet i kaviteten. Detta måste ha en tillräckligt stark ströminjektion, det vill säga det finns tillräckligt med partikelantalinversion, ju högre graden av partikelantalinversion, desto större förstärkning, det vill säga kravet måste uppfylla ett visst nuvarande tröskeltillstånd. När lasern når tröskeln kan ljus med en specifik våglängd resoneras i kaviteten och förstärks och bildar slutligen en laser och kontinuerlig utgång.

Prestationskrav
1. Modulering Bandbredd och hastighet: Halvledarlasrar och deras moduleringsteknik är avgörande för trådlös optisk kommunikation, och moduleringsbandbredden och hastigheten påverkar direkt kommunikationskvaliteten. Internt modulerad laser (direkt modulerad laser) är lämplig för olika fält inom optisk fiberkommunikation på grund av dess höghastighetsöverföring och låga kostnader.
2. Spektrala egenskaper och moduleringsegenskaper: Semiconductor Distribuerade feedbacklasrar (DFB -laser) har blivit en viktig ljuskälla i 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 tillgodose behoven i storskalig produktion och applikationer.
4. Strömförbrukning och tillförlitlighet: I applikationsscenarier som datacenter kräver halvledarlasrar låg effektförbrukning och hög tillförlitlighet för att säkerställa långsiktig stabil drift.