Prinsip kerja laser semikonduktor

Prinsip kerja darilaser 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 mempengaruhi kinerja laser semikonduktor dalam sistem komunikasi.
2. Parameter struktural: seperti ukuran dan susunan cahaya, definisi akhir 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 kondisi kerja laser semikonduktor.
5. Daya dan tegangan: Dengan mengukur daya, tegangan, dan arus laser semikonduktor yang bekerja, kurva PV, PI, dan IV dapat ditarik untuk memahami karakteristik kerjanya.

Prinsip kerja
1. Kondisi penguatan: Distribusi inversi pembawa muatan dalam media penguat (daerah aktif) terbentuk. Dalam semikonduktor, energi elektron diwakili oleh serangkaian tingkat energi yang hampir kontinu. Oleh karena itu, jumlah elektron di bagian bawah pita konduksi dalam keadaan energi tinggi harus jauh lebih besar daripada jumlah lubang di bagian atas pita valensi dalam keadaan energi rendah antara dua wilayah pita energi untuk mencapai inversi. nomor partikelnya. Hal ini dicapai dengan menerapkan bias positif pada homojungsi atau heterojungsi dan menyuntikkan pembawa yang diperlukan ke dalam lapisan aktif untuk mengeksitasi elektron dari pita valensi energi rendah ke pita konduksi energi lebih tinggi. Ketika sejumlah besar elektron dalam keadaan populasi partikel terbalik bergabung kembali dengan lubang, terjadi emisi terstimulasi.
2. Untuk benar-benar memperoleh radiasi terstimulasi yang koheren, radiasi terstimulasi harus diumpankan kembali beberapa kali dalam resonator optik untuk membentuk osilasi laser, resonator laser dibentuk oleh permukaan pembelahan alami kristal semikonduktor sebagai cermin, biasanya dilapisi di ujung cahaya dengan film dielektrik multilayer refleksi tinggi, dan permukaan halus dilapisi dengan film refleksi berkurang. Untuk laser semikonduktor rongga Fp (rongga Fabry-Perot), rongga FP dapat dengan mudah dibuat dengan menggunakan bidang pembelahan alami yang tegak lurus terhadap bidang sambungan pn kristal.
(3) Untuk membentuk osilasi yang stabil, media laser harus mampu memberikan penguatan yang cukup besar untuk mengkompensasi kehilangan optik yang disebabkan oleh resonator dan kerugian yang disebabkan oleh keluaran laser dari permukaan rongga, dan terus meningkatkan osilasi. bidang cahaya di dalam rongga. Ini harus memiliki injeksi arus yang cukup kuat, yaitu inversi jumlah partikel yang cukup, semakin tinggi derajat inversi jumlah partikel, semakin besar penguatannya, yaitu persyaratan harus memenuhi kondisi ambang batas arus tertentu. Ketika laser mencapai ambang batas, cahaya dengan panjang gelombang tertentu dapat beresonansi di dalam rongga dan diperkuat, dan akhirnya membentuk laser dan keluaran berkelanjutan.

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 mempengaruhi kualitas komunikasi. Laser termodulasi internal (laser termodulasi langsung) cocok untuk berbagai bidang komunikasi serat optik karena transmisi 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 harus memiliki keunggulan berbiaya 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 pengoperasian yang stabil dalam jangka panjang.