Αρχή λειτουργίας λέιζερ ημιαγωγών

Αρχή λειτουργίας τουλέιζερ ημιαγωγών

Πρώτα απ 'όλα, εισάγονται οι απαιτήσεις παραμέτρων για λέιζερ ημιαγωγών, που περιλαμβάνουν κυρίως τις ακόλουθες πτυχές:
1. Φωτοηλεκτρική απόδοση: συμπεριλαμβανομένου του λόγου εξάλειψης, του δυναμικού εύρους γραμμής και άλλων παραμέτρων, αυτές οι παράμετροι επηρεάζουν άμεσα την απόδοση των λέιζερ ημιαγωγών στα συστήματα επικοινωνίας.
2. Δομικές παράμετροι: όπως φωτεινό μέγεθος και διάταξη, ορισμός άκρου εξαγωγής, μέγεθος εγκατάστασης και μέγεθος περιγράμματος.
3. Μήκος κύματος: Η περιοχή μήκους κύματος του λέιζερ ημιαγωγών είναι 650~1650nm και η ακρίβεια είναι υψηλή.
4. Ρεύμα κατωφλίου (Ith) και ρεύμα λειτουργίας (lop): Αυτές οι παράμετροι καθορίζουν τις συνθήκες εκκίνησης και την κατάσταση λειτουργίας του λέιζερ ημιαγωγών.
5. Ισχύς και τάση: Με τη μέτρηση της ισχύος, της τάσης και του ρεύματος του λέιζερ ημιαγωγών κατά την εργασία, οι καμπύλες PV, PI και IV μπορούν να σχεδιαστούν για να κατανοηθούν τα χαρακτηριστικά λειτουργίας τους.

Αρχή λειτουργίας
1. Συνθήκες απολαβής: Καθιερώνεται η κατανομή αναστροφής των φορέων φορτίου στο μέσο λέιζερ (ενεργή περιοχή). Στον ημιαγωγό, η ενέργεια των ηλεκτρονίων αντιπροσωπεύεται από μια σειρά σχεδόν συνεχών ενεργειακών επιπέδων. Επομένως, ο αριθμός των ηλεκτρονίων στο κάτω μέρος της ζώνης αγωγιμότητας στην κατάσταση υψηλής ενέργειας πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερος από τον αριθμό των οπών στην κορυφή της ζώνης σθένους στην κατάσταση χαμηλής ενέργειας μεταξύ των δύο περιοχών της ζώνης ενέργειας για να επιτευχθεί η αντιστροφή τον αριθμό των σωματιδίων. Αυτό επιτυγχάνεται με την εφαρμογή μιας θετικής προκατάληψης στην ομοσύνδεση ή την ετεροσύνδεση και την έγχυση των απαραίτητων φορέων στο ενεργό στρώμα για να διεγείρουν τα ηλεκτρόνια από τη ζώνη σθένους χαμηλότερης ενέργειας στη ζώνη αγωγιμότητας υψηλότερης ενέργειας. Όταν ένας μεγάλος αριθμός ηλεκτρονίων στην κατάσταση ανάστροφου πληθυσμού σωματιδίων ανασυνδυάζεται με οπές, εμφανίζεται διεγερμένη εκπομπή.
2. Για να ληφθεί πραγματικά συνεκτική διεγερμένη ακτινοβολία, η διεγερμένη ακτινοβολία πρέπει να ανατροφοδοτηθεί αρκετές φορές στον οπτικό συντονιστή για να σχηματιστεί ταλάντωση λέιζερ, ο συντονιστής του λέιζερ σχηματίζεται από τη φυσική επιφάνεια διάσπασης του κρυστάλλου ημιαγωγού ως καθρέφτης, συνήθως επιστρωμένο στο άκρο του φωτός με ένα πολυστρωματικό διηλεκτρικό φιλμ υψηλής ανάκλασης και η λεία επιφάνεια είναι επιμεταλλωμένη με μια μεμβράνη μειωμένης ανάκλασης. Για το λέιζερ ημιαγωγών κοιλότητας Fp (κοιλότητα Fabry-Perot), η κοιλότητα FP μπορεί να κατασκευαστεί εύκολα χρησιμοποιώντας το φυσικό επίπεδο διάσπασης κάθετο στο επίπεδο σύνδεσης pn του κρυστάλλου.
(3) Προκειμένου να σχηματιστεί μια σταθερή ταλάντωση, το μέσο λέιζερ πρέπει να μπορεί να παρέχει ένα αρκετά μεγάλο κέρδος ώστε να αντισταθμίζει την οπτική απώλεια που προκαλείται από τον συντονιστή και την απώλεια που προκαλείται από την έξοδο λέιζερ από την επιφάνεια της κοιλότητας και να αυξάνει συνεχώς την φωτεινό πεδίο στην κοιλότητα. Αυτό πρέπει να έχει αρκετά ισχυρή έγχυση ρεύματος, δηλαδή να υπάρχει αρκετή αναστροφή αριθμού σωματιδίων, όσο υψηλότερος είναι ο βαθμός αντιστροφής του αριθμού σωματιδίων, τόσο μεγαλύτερο είναι το κέρδος, δηλαδή η απαίτηση πρέπει να πληροί μια συγκεκριμένη συνθήκη κατωφλίου ρεύματος. Όταν το λέιζερ φτάσει στο κατώφλι, το φως με ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος μπορεί να συντονιστεί στην κοιλότητα και να ενισχυθεί και τελικά να σχηματίσει ένα λέιζερ και συνεχή έξοδο.

Απαίτηση απόδοσης
1. Εύρος ζώνης και ρυθμός διαμόρφωσης: τα λέιζερ ημιαγωγών και η τεχνολογία διαμόρφωσής τους είναι ζωτικής σημασίας στην ασύρματη οπτική επικοινωνία και το εύρος ζώνης και ο ρυθμός διαμόρφωσης επηρεάζουν άμεσα την ποιότητα της επικοινωνίας. Εσωτερικά διαμορφωμένο λέιζερ (άμεσα διαμορφωμένο λέιζερ) είναι κατάλληλο για διαφορετικά πεδία επικοινωνίας οπτικών ινών λόγω της υψηλής ταχύτητας μετάδοσης και του χαμηλού κόστους.
2. Φασματικά χαρακτηριστικά και χαρακτηριστικά διαμόρφωσης: Κατανεμημένα λέιζερ ανάδρασης ημιαγωγών (Λέιζερ DFB) έχουν γίνει μια σημαντική πηγή φωτός στην επικοινωνία οπτικών ινών και στην διαστημική οπτική επικοινωνία λόγω των εξαιρετικών φασματικών χαρακτηριστικών και των χαρακτηριστικών διαμόρφωσης.
3. Κόστος και μαζική παραγωγή: Τα λέιζερ ημιαγωγών πρέπει να έχουν τα πλεονεκτήματα του χαμηλού κόστους και της μαζικής παραγωγής για να καλύψουν τις ανάγκες παραγωγής και εφαρμογών μεγάλης κλίμακας.
4. Κατανάλωση ενέργειας και αξιοπιστία: Σε σενάρια εφαρμογών όπως κέντρα δεδομένων, τα λέιζερ ημιαγωγών απαιτούν χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και υψηλή αξιοπιστία για να εξασφαλίσουν μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία.