Principio de funcionamento do láser semicondutor

Principio de funcionamento deláser semicondutor

En primeiro lugar, preséntanse os requisitos de parámetros para os láseres semicondutores, incluíndo principalmente os seguintes aspectos:
1. Rendemento fotoeléctrico: incluíndo a taxa de extinción, o ancho de liña dinámico e outros parámetros, estes parámetros afectan directamente o rendemento dos láseres semicondutores nos sistemas de comunicación.
2. Parámetros estruturais: como o tamaño e a disposición luminosa, a definición do extremo de extracción, o tamaño da instalación e o tamaño do contorno.
3. Lonxitude de onda: o rango de lonxitudes de onda do láser semicondutor é de 650 a 1650 nm e a precisión é alta.
4. Corrente limiar (Ith) e corrente de funcionamento (lop): estes parámetros determinan as condicións de arranque e o estado de funcionamento do láser semicondutor.
5. Potencia e tensión: Medindo a potencia, a tensión e a corrente do láser semicondutor en funcionamento, pódense debuxar curvas PV, PI e IV para comprender as súas características de funcionamento.

Principio de funcionamento
1. Condicións de ganancia: Establécese a distribución de inversión dos portadores de carga no medio láser (rexión activa). No semicondutor, a enerxía dos electróns está representada por unha serie de niveis de enerxía case continuos. Polo tanto, o número de electróns na parte inferior da banda de condución no estado de alta enerxía debe ser moito maior que o número de buratos na parte superior da banda de valencia no estado de baixa enerxía entre as dúas rexións da banda de enerxía para lograr a inversión do número de partículas. Isto conséguese aplicando unha polarización positiva á homounión ou heterounión e inxectando os portadores necesarios na capa activa para excitar os electróns da banda de valencia de menor enerxía á banda de condución de maior enerxía. Cando un gran número de electróns no estado de poboación de partículas invertida se recombinan con buratos, prodúcese unha emisión estimulada.
2. Para obter unha radiación estimulada coherente, esta debe retroalimentarse varias veces no resonador óptico para formar unha oscilación láser. O resonador do láser está formado pola superficie de clivaxe natural do cristal semicondutor como un espello, normalmente recuberto no extremo da luz cunha película dieléctrica multicapa de alta reflexión, e a superficie lisa está recuberta cunha película de reflexión reducida. Para o láser semicondutor de cavidade Fp (cavidade Fabry-Perot), a cavidade FP pódese construír facilmente utilizando o plano de clivaxe natural perpendicular ao plano de unión pn do cristal.
(3) Para formar unha oscilación estable, o medio láser debe ser capaz de proporcionar unha ganancia suficientemente grande para compensar a perda óptica causada polo resonador e a perda causada pola saída do láser da superficie da cavidade, e aumentar constantemente o campo luminoso na cavidade. Esta debe ter unha inxección de corrente suficientemente forte, é dicir, que haxa suficiente inversión do número de partículas, canto maior sexa o grao de inversión do número de partículas, maior será a ganancia, é dicir, o requisito debe cumprir unha determinada condición de limiar de corrente. Cando o láser alcanza o limiar, a luz cunha lonxitude de onda específica pode resonar na cavidade e amplificarse, e finalmente formar un láser e unha saída continua.

Requisito de rendemento
1. Ancho de banda e taxa de modulación: os láseres semicondutores e a súa tecnoloxía de modulación son cruciais na comunicación óptica sen fíos, e o ancho de banda e a taxa de modulación afectan directamente á calidade da comunicación. Láser modulado internamente (láser modulado directamente) é axeitado para diferentes campos na comunicación por fibra óptica debido á súa alta velocidade de transmisión e baixo custo.
2. Características espectrais e características de modulación: láseres de retroalimentación distribuída de semicondutores (láser DFB) convertéronse nunha importante fonte de luz na comunicación por fibra óptica e na comunicación óptica espacial debido ás súas excelentes características espectrais e de modulación.
3. Custo e produción en masa: os láseres semicondutores deben ter as vantaxes do baixo custo e da produción en masa para satisfacer as necesidades da produción e as aplicacións a grande escala.
4. Consumo de enerxía e fiabilidade: en escenarios de aplicación como os centros de datos, os láseres semicondutores requiren un baixo consumo de enerxía e unha alta fiabilidade para garantir un funcionamento estable a longo prazo.