Принцип работы полупроводникового лазера

Принцип работыполупроводниковый лазер

Прежде всего, вводятся требования к параметрам полупроводниковых лазеров, включающие в себя в основном 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 размер и расположение источника света, определение конца вытяжки, размер установки и размер контура.
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 ​​серией почти непрерывных энергетических уровней. Поэтому число электронов на дне зоны проводимости в состоянии с высокой энергией должно быть намного больше, чем число дырок наверху валентной зоны в состоянии с низкой энергией между двумя областями энергетической зоны, чтобы достичь инверсии числа частиц. Это достигается путем приложения положительного смещения к гомопереходу или гетеропереходу и инжекции необходимых носителей в активный слой для возбуждения электронов из валентной зоны с низкой энергией в зону проводимости с высокой энергией. Когда большое число электронов в состоянии обратной заселенности частиц рекомбинируют с дырками, происходит стимулированное излучение.
2. Для того, чтобы фактически получить когерентное стимулированное излучение, стимулированное излучение должно быть подано обратно несколько раз в оптический резонатор для формирования лазерной генерации, резонатор лазера образован естественной поверхностью скола полупроводникового кристалла как зеркало, обычно покрытое на конце света многослойной диэлектрической пленкой с высоким отражением, а гладкая поверхность покрыта пленкой с уменьшенным отражением. Для полупроводникового лазера с Fp-резонатором (резонатором Фабри-Перо) резонатор FP может быть легко сконструирован с использованием естественной плоскости скола, перпендикулярной плоскости pn-перехода кристалла.
(3) Для того, чтобы сформировать устойчивые колебания, лазерная среда должна быть способна обеспечить достаточно большое усиление, чтобы компенсировать оптические потери, вызванные резонатором, и потери, вызванные выходом лазера с поверхности полости, и постоянно увеличивать световое поле в полости. Это должно иметь достаточно сильную инжекцию тока, то есть, достаточно инверсии числа частиц, чем выше степень инверсии числа частиц, тем больше усиление, то есть требование должно соответствовать определенному пороговому условию тока. Когда лазер достигает порога, свет с определенной длиной волны может резонировать в полости и усиливаться, и, наконец, формировать лазер и непрерывный выход.

Требования к производительности
1. Полоса пропускания и скорость модуляции: полупроводниковые лазеры и их технология модуляции имеют решающее значение в беспроводной оптической связи, а полоса пропускания и скорость модуляции напрямую влияют на качество связи. Лазер с внутренней модуляцией (лазер с прямой модуляцией) подходит для различных областей оптоволоконной 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 благодаря своим превосходным спектральным характеристикам и характеристикам модуляции.
3. Стоимость и массовое производство: полупроводниковые лазеры должны обладать преимуществами низкой стоимости и массового производства, чтобы соответствовать потребностям крупномасштабного производства и приложений.
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.