Prinsip kerja laser semikonduktor

Prinsip kerjalaser semikonduktor

Pertama-tama, persyaratan parameter untuk laser semikonduktor diperkenalkan, yang terutama meliputi aspek-aspek berikut:
1. Kinerja fotolistrik: termasuk rasio kepunahan, lebar garis dinamis, dan parameter lainnya, parameter-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 luar.
3. Panjang Gelombang: Rentang panjang gelombang laser semikonduktor adalah 650~1650nm, dan akurasinya tinggi.
4. Arus ambang (Ith) dan arus operasi (lop): Parameter-parameter ini menentukan kondisi awal dan keadaan kerja laser semikonduktor.
5. Daya dan tegangan: Dengan mengukur daya, tegangan, dan arus laser semikonduktor saat beroperasi, 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) ditetapkan. 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 di antara dua wilayah pita energi untuk mencapai inversi jumlah partikel. Hal ini dicapai dengan menerapkan bias positif pada homojunction atau heterojunction dan menyuntikkan pembawa yang diperlukan ke dalam lapisan aktif untuk mengeksitasi elektron dari pita valensi energi rendah ke pita konduksi energi tinggi. Ketika sejumlah besar elektron dalam keadaan populasi partikel terbalik bergabung kembali dengan lubang, emisi terstimulasi terjadi.
2. Untuk benar-benar memperoleh 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 pada ujung cahaya dengan film dielektrik multilapis refleksi tinggi, dan permukaan halusnya dilapisi dengan film refleksi rendah. Untuk laser semikonduktor rongga Fp (rongga Fabry-Perot), rongga FP dapat dengan mudah dibangun dengan menggunakan bidang belahan alami yang tegak lurus terhadap bidang sambungan pn kristal.
(3) Untuk membentuk osilasi yang stabil, medium laser harus mampu memberikan penguatan yang cukup besar untuk mengkompensasi kehilangan optik yang disebabkan oleh resonator dan kehilangan yang disebabkan oleh keluaran laser dari permukaan rongga, dan terus meningkatkan medan cahaya di dalam rongga. 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, yaitu, persyaratan harus memenuhi kondisi ambang 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 kontinu.

Persyaratan kinerja
1. Lebar pita dan laju modulasi: laser semikonduktor dan teknologi modulasinya sangat penting dalam komunikasi optik nirkabel, dan lebar pita serta laju modulasi secara langsung memengaruhi kualitas komunikasi. Laser yang dimodulasi secara internal (laser termodulasi langsung) cocok untuk berbagai bidang dalam komunikasi serat optik karena kecepatan transmisinya yang tinggi dan biayanya yang rendah.
2. Karakteristik spektral dan karakteristik modulasi: Laser umpan balik terdistribusi semikonduktorLaser 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 membutuhkan konsumsi daya rendah dan keandalan tinggi untuk memastikan pengoperasian yang stabil dalam jangka panjang.