Принцип работыполупроводниковый лазер
Прежде всего, рассматриваются требования к параметрам полупроводниковых лазеров, в основном включающие следующие аспекты:
1. Фотоэлектрические характеристики: включая коэффициент ослабления, динамическую ширину линии и другие параметры, эти параметры напрямую влияют на характеристики полупроводниковых лазеров в системах связи.
2. Структурные параметры: такие как размер и расположение светильника, форма выходного отверстия, габариты при установке и габаритные размеры.
3. Длина волны: Диапазон длин волн полупроводникового лазера составляет 650–1650 нм, и точность его работы высока.
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 полупроводникового лазера во время работы, можно построить вольт-амперные характеристики (PV, PI и IV), чтобы понять их рабочие параметры.
Принцип работы
1. Условия усиления: Установлено инверсионное распределение носителей заряда в лазерной среде (активной области). В полупроводнике энергия электронов представлена рядом почти непрерывных энергетических уровней. Следовательно, число электронов в нижней части зоны проводимости в высокоэнергетическом состоянии должно быть значительно больше, чем число дырок в верхней части валентной зоны в низкоэнергетическом состоянии между двумя областями энергетических зон, чтобы достичь инверсии числа частиц. Это достигается путем приложения положительного напряжения к гомопереходу или гетеропереходу и инжекции необходимых носителей в активный слой для возбуждения электронов из валентной зоны с более низкой энергией в зону проводимости с более высокой энергией. Когда большое количество электронов в обратном состоянии рекомбинирует с дырками, происходит стимулированное излучение.
2. Для фактического получения когерентного стимулированного излучения необходимо несколько раз подавать его обратно в оптический резонатор для формирования лазерной генерации. Резонатор лазера формируется из естественной сколовой поверхности полупроводникового кристалла в качестве зеркала, обычно с торца, на который наносится многослойная диэлектрическая пленка с высоким коэффициентом отражения, а гладкая поверхность покрывается пленкой с пониженным коэффициентом отражения. Для полупроводникового лазера с резонатором Фабри-Перо (Fp-резонатор) резонатор Фабри-Перо легко построить, используя естественную плоскость скола, перпендикулярную плоскости pn-перехода кристалла.
(3) Для формирования стабильных колебаний лазерная среда должна обеспечивать достаточно большое усиление, чтобы компенсировать оптические потери, вызванные резонатором, и потери, вызванные выходом лазерного излучения с поверхности резонатора, и постоянно увеличивать световое поле в резонаторе. При этом необходимо обеспечить достаточно сильную инжекцию тока, то есть достаточное инвертирование числа частиц; чем выше степень инвертирования числа частиц, тем больше усиление, то есть необходимо соблюдать определенное условие порогового тока. Когда лазер достигает порога, свет с определенной длиной волны может резонировать в резонаторе и усиливаться, и в конечном итоге формировать лазер и непрерывный выходной сигнал.
Требования к производительности
1. Полоса пропускания и скорость модуляции: полупроводниковые лазеры и технология модуляции играют решающую роль в беспроводной оптической связи, а полоса пропускания и скорость модуляции напрямую влияют на качество связи. Лазер с внутренней модуляцией (лазер с прямой модуляциейБлагодаря высокой скорости передачи и низкой стоимости, этот метод подходит для различных областей волоконно-оптической связи.
2. Спектральные характеристики и характеристики модуляции: Полупроводниковые лазеры с распределенной обратной связью (DFB-лазерБлагодаря своим превосходным спектральным характеристикам и характеристикам модуляции, они стали важным источником света в волоконно-оптической связи и космической оптической связи.
3. Стоимость и массовое производство: Полупроводниковые лазеры должны обладать преимуществами низкой стоимости и массового производства, чтобы удовлетворить потребности крупномасштабного производства и применения.
4. Энергопотребление и надежность: В таких сценариях применения, как центры обработки данных, полупроводниковые лазеры требуют низкого энергопотребления и высокой надежности для обеспечения стабильной работы в течение длительного времени.
Дата публикации: 19 сентября 2024 г.