Prinsip kerja laser semikonduktor

Prinsip kerjalaser semikonduktor

Pertama-tama, persyaratan parameter untuk laser semikonduktor diperkenalkan, terutama mencakup aspek-aspek berikut:
1. Kinerja fotolistrik: termasuk rasio kepunahan, lebar garis dinamis, dan parameter lainnya, parameter ini secara langsung memengaruhi kinerja laser semikonduktor dalam sistem komunikasi.
2. Parameter struktural: seperti ukuran dan susunan cahaya, definisi ujung ekstraksi, ukuran pemasangan dan ukuran garis besar.
3. Panjang gelombang: Rentang panjang gelombang laser semikonduktor adalah 650~1650nm, dan akurasinya tinggi.
4. Arus ambang (Ith) dan arus operasi (lop): Parameter ini menentukan kondisi start-up dan status kerja laser semikonduktor.
5. Daya dan tegangan: Dengan mengukur daya, tegangan, dan arus laser semikonduktor yang bekerja, kurva PV, PI, dan IV dapat digambar untuk memahami karakteristik kerjanya.

Prinsip kerja
1. Kondisi penguatan: Distribusi inversi pembawa muatan dalam medium laser (wilayah aktif) telah ditetapkan. Dalam semikonduktor, energi elektron direpresentasikan oleh serangkaian tingkat energi yang hampir kontinu. Oleh karena itu, jumlah elektron di dasar pita konduksi dalam keadaan energi tinggi harus jauh lebih besar daripada jumlah lubang di puncak pita valensi dalam keadaan energi rendah di antara kedua wilayah pita energi untuk mencapai inversi jumlah partikel. Hal ini dicapai dengan memberikan bias positif pada homojunction atau heterojunction dan menyuntikkan pembawa muatan yang diperlukan ke dalam lapisan aktif untuk mengeksitasi elektron dari pita valensi berenergi rendah ke pita konduksi berenergi tinggi. Ketika sejumlah besar elektron dalam keadaan populasi partikel terbalik berekombinasi dengan lubang, emisi terstimulasi terjadi.
2. Untuk mendapatkan radiasi terstimulasi yang koheren, radiasi terstimulasi harus diumpan balik beberapa kali dalam resonator optik untuk membentuk osilasi laser. Resonator laser dibentuk oleh permukaan belahan alami kristal semikonduktor sebagai cermin, biasanya dilapisi dengan film dielektrik multilapis dengan refleksi tinggi pada ujung cahaya, dan permukaan halus dilapisi dengan film refleksi tereduksi. Untuk laser semikonduktor rongga Fp (rongga Fabry-Perot), rongga FP dapat dengan mudah dibangun menggunakan bidang belahan alami yang tegak lurus terhadap bidang sambungan p-n kristal.
(3) Agar osilasi stabil terbentuk, media laser harus mampu memberikan penguatan yang cukup besar untuk mengkompensasi rugi optik yang disebabkan oleh resonator dan rugi yang disebabkan oleh keluaran laser dari permukaan rongga, serta meningkatkan medan cahaya di dalam rongga secara konstan. Hal ini harus memiliki injeksi arus yang cukup kuat, yaitu terdapat inversi jumlah partikel yang cukup. Semakin tinggi derajat inversi jumlah partikel, semakin besar penguatannya. Dengan kata lain, persyaratan tersebut harus memenuhi kondisi ambang batas arus tertentu. Ketika laser mencapai ambang batas, cahaya dengan panjang gelombang tertentu dapat diresonansikan di dalam rongga dan diperkuat, sehingga menghasilkan keluaran laser yang kontinu.

Persyaratan kinerja
1. Bandwidth dan laju modulasi: laser semikonduktor dan teknologi modulasinya sangat penting dalam komunikasi optik nirkabel, dan bandwidth serta laju modulasi secara langsung memengaruhi kualitas komunikasi. Laser termodulasi internal (laser termodulasi langsung) cocok untuk berbagai bidang komunikasi serat optik karena transmisinya berkecepatan tinggi dan biaya rendah.
2. Karakteristik spektral dan karakteristik modulasi: Laser umpan balik terdistribusi semikonduktor (Laser DFB) telah menjadi sumber cahaya penting dalam komunikasi serat optik dan komunikasi optik ruang angkasa karena karakteristik spektral dan karakteristik modulasinya yang sangat baik.
3. Biaya dan produksi massal: Laser semikonduktor perlu memiliki keunggulan biaya rendah dan produksi massal untuk memenuhi kebutuhan produksi dan aplikasi skala besar.
4. Konsumsi daya dan keandalan: Dalam skenario aplikasi seperti pusat data, laser semikonduktor memerlukan konsumsi daya yang rendah dan keandalan yang tinggi untuk memastikan operasi yang stabil dalam jangka panjang.