Puolijohdelaserin toimintaperiaate

Toimintaperiaatepuolijohdelaser

Ensinnäkin esitellään puolijohdelasereiden parametrivaatimukset, jotka sisältävät pääasiassa seuraavat näkökohdat:
1. Valosähköinen suorituskyky: mukaan lukien ekstinktiosuhde, dynaaminen viivanleveys ja muut parametrit, nämä parametrit vaikuttavat suoraan puolijohdelasereiden suorituskykyyn viestintäjärjestelmissä.
2. Rakenteelliset parametrit: kuten valon koko ja järjestely, poistopään määritelmä, asennuksen koko ja ääriviivan koko.
3. Aallonpituus: Puolijohdelaserin aallonpituusalue on 650 ~ 1650 nm, ja tarkkuus on korkea.
4. Kynnysvirta (Ith) ja käyttövirta (lop): Nämä parametrit määrittävät puolijohdelaserin käynnistysolosuhteet ja toimintatilan.
5. Teho ja jännite: Mittaamalla puolijohdelaserin teho, jännite ja virta työssä, voidaan piirtää PV-, PI- ja IV-käyrät niiden toimintaominaisuuksien ymmärtämiseksi.

Toimintaperiaate
1. Vahvistusolosuhteet: Laser-väliaineessa (aktiivisella alueella) oleva varauksenkuljettajien inversiojakauma on määritetty. Puolijohteessa elektronien energiaa edustaa sarja lähes jatkuvia energiatasoja. Siksi elektronien lukumäärän johtavuuskaistan alaosassa korkean energian tilassa on oltava paljon suurempi kuin reikien lukumäärä valenssikaistan yläosassa matalan energian tilassa kahden energiakaistan alueen välillä, jotta saavutetaan hiukkasnumero. Tämä saavutetaan kohdistamalla positiivinen bias homoliitokseen tai heteroliitokseen ja ruiskuttamalla tarvittavat kantoaineet aktiiviseen kerrokseen elektronien virittämiseksi alhaisemman energian valenssikaistalta korkeamman energian johtavuuskaistalle. Kun suuri määrä elektroneja käänteisessä hiukkaspopulaatiotilassa yhdistyy reikiin, tapahtuu stimuloitua emissiota.
2. Koherentin stimuloidun säteilyn saamiseksi stimuloitua säteilyä on syötettävä takaisin useita kertoja optisessa resonaattorissa laservärähtelyn muodostamiseksi, laserin resonaattori muodostuu puolijohdekiteen luonnollisesta halkeamispinnasta peilinä, yleensä pinnoitettu valon päähän hyvin heijastavalla monikerroksisella dielektrisellä kalvolla, ja sileä pinta on päällystetty vähentyneellä heijastuskalvolla. Fp-ontelo (Fabry-Perot-ontelo) puolijohdelaserille FP-ontelo voidaan rakentaa helposti käyttämällä luonnollista halkeamistasoa, joka on kohtisuorassa kiteen pn-liitostasoon nähden.
(3) Vakaan värähtelyn muodostamiseksi laserväliaineen on kyettävä antamaan riittävän suuri vahvistus kompensoimaan resonaattorin aiheuttama optinen häviö ja ontelon pinnasta tulevan laserlähdön aiheuttama häviö ja jatkuvasti lisättävä valokenttä ontelossa. Tällä täytyy olla riittävän voimakas virran injektio, eli hiukkasluvun inversiota on riittävästi, mitä korkeampi hiukkasluvun inversion aste, sitä suurempi vahvistus, eli vaatimuksen on täytettävä tietty virrankynnysehto. Kun laser saavuttaa kynnyksen, tietyn aallonpituuden omaavaa valoa voidaan resonoida ontelossa ja vahvistaa, ja lopulta se muodostaa laserin ja jatkuvan ulostulon.

Suorituskykyvaatimus
1. Modulaatiokaistanleveys ja -nopeus: puolijohdelaserit ja niiden modulaatiotekniikka ovat ratkaisevan tärkeitä langattomassa optisessa tiedonsiirrossa, ja modulaation kaistanleveys ja -nopeus vaikuttavat suoraan viestinnän laatuun. Sisäisesti moduloitu laser (suoraan moduloitu laser) soveltuu valokuituviestinnän eri aloille nopean tiedonsiirronsa ja alhaisten kustannustensa vuoksi.
2. Spektriominaisuudet ja modulaatioominaisuudet: Puolijohdehajautettu takaisinkytkentälaserit (DFB laser) on tullut tärkeä valonlähde valokuituviestinnässä ja avaruusoptisessa viestinnässä erinomaisten spektriominaisuuksiensa ja modulaatioominaisuuksiensa vuoksi.
3. Kustannukset ja massatuotanto: Puolijohdelasereilla on oltava alhaisten kustannusten ja massatuotannon edut vastatakseen laajamittaisen tuotannon ja sovellusten tarpeisiin.
4. Virrankulutus ja luotettavuus: Sovellusskenaarioissa, kuten datakeskuksissa, puolijohdelaserit vaativat alhaisen virrankulutuksen ja korkean luotettavuuden varmistaakseen pitkän aikavälin vakaan toiminnan.