Принцип работыполупроводниковый лазер
В первую очередь, вводятся требования к параметрам полупроводниковых лазеров, включающие в себя, главным образом, следующие аспекты:
1. Фотоэлектрические характеристики: включая коэффициент затухания, динамическую ширину линии и другие параметры, эти параметры напрямую влияют на производительность полупроводниковых лазеров в системах связи.
2. Структурные параметры: такие как световой размер и расположение, определение конца вытяжки, размер установки и габаритный размер.
3. Длина волны: Диапазон длин волн полупроводникового лазера составляет 650~1650 нм, точность высокая.
4. Пороговый ток (Ith) и рабочий ток (lop): эти параметры определяют условия запуска и рабочее состояние полупроводникового лазера.
5. Мощность и напряжение: Измеряя мощность, напряжение и ток работающего полупроводникового лазера, можно построить кривые PV, PI и IV, чтобы понять его рабочие характеристики.
Принцип работы
1. Условия усиления: устанавливается инверсионное распределение носителей заряда в лазерной среде (активной области). В полупроводнике энергия электронов представлена рядом практически непрерывных энергетических уровней. Следовательно, для достижения инверсии числа частиц число электронов на дне зоны проводимости в состоянии с высокой энергией должно быть значительно больше числа дырок наверху валентной зоны в состоянии с низкой энергией между двумя областями энергетических зон. Это достигается приложением положительного смещения к гомо- или гетеропереходу и инжекцией необходимых носителей в активный слой для возбуждения электронов из валентной зоны с низкой энергией в зону проводимости с более высокой энергией. Когда большое количество электронов в состоянии с обратной заселенностью частиц рекомбинируют с дырками, происходит вынужденное излучение.
2. Для получения когерентного вынужденного излучения необходимо несколько раз пропустить его через оптический резонатор для формирования лазерной генерации. Резонатор лазера образован естественной плоскостью скола полупроводникового кристалла, играющей роль зеркала. Обычно на торце световода нанесена многослойная диэлектрическая пленка с высоким коэффициентом отражения, а гладкая поверхность покрыта пленкой с пониженным коэффициентом отражения. Для полупроводникового лазера с резонатором Фабри-Перо (Fp-резонатором) резонатор Fp может быть легко сконструирован с использованием плоскости естественного скола, перпендикулярной плоскости p-n-перехода кристалла.
(3) Для формирования устойчивых колебаний лазерная среда должна обеспечивать достаточно большой коэффициент усиления, компенсирующий оптические потери, вызванные резонатором, и потери, вызванные выходом лазера с поверхности резонатора, а также постоянное увеличение светового поля в резонаторе. Для этого требуется достаточно сильная инжекция тока, то есть достаточная инверсия числа частиц. Чем выше степень инверсии числа частиц, тем больше коэффициент усиления, то есть требование должно соответствовать определённому пороговому значению тока. При достижении лазером порогового значения свет с определённой длиной волны может резонировать в резонаторе и усиливаться, в результате чего формируется лазер и непрерывный выходной сигнал.
Требования к производительности
1. Полоса пропускания и частота модуляции: полупроводниковые лазеры и их технология модуляции играют ключевую роль в беспроводной оптической связи, а полоса пропускания и частота модуляции напрямую влияют на качество связи. Лазер с внутренней модуляцией (прямо модулированный лазер) подходит для различных областей волоконно-оптической связи благодаря высокой скорости передачи данных и низкой стоимости.
2. Спектральные характеристики и характеристики модуляции: полупроводниковые лазеры с распределенной обратной связью (DFB-лазер) стали важным источником света в волоконно-оптической связи и космической оптической связи из-за их превосходных спектральных характеристик и характеристик модуляции.
3. Стоимость и массовое производство: полупроводниковые лазеры должны обладать преимуществами низкой стоимости и массового производства, чтобы соответствовать требованиям крупномасштабного производства и применения.
4. Потребляемая мощность и надежность: в таких сценариях применения, как центры обработки данных, полупроводниковые лазеры требуют низкого энергопотребления и высокой надежности для обеспечения долговременной стабильной работы.
Время публикации: 19 сентября 2024 г.