Prinsipyo ng pagpapatakbo ng semiconductor laser

Prinsipyo ng Paggawa nglaser na semikondaktor

Una sa lahat, ipinakilala ang mga kinakailangan sa parameter para sa mga semiconductor laser, pangunahin na kinabibilangan ng mga sumusunod na aspeto:
1. Pagganap ng photoelectric: kabilang ang extinction ratio, dynamic linewidth at iba pang mga parameter, ang mga parameter na ito ay direktang nakakaapekto sa pagganap ng mga semiconductor laser sa mga sistema ng komunikasyon.
2. Mga parametro ng istruktura: tulad ng laki at pagkakaayos ng liwanag, kahulugan ng dulo ng pagkuha, laki ng pag-install at laki ng balangkas.
3. Haba ng daluyong: Ang saklaw ng daluyong ng semiconductor laser ay 650~1650nm, at mataas ang katumpakan.
4. Threshold current (Ith) at operating current (lop): Tinutukoy ng mga parametrong ito ang mga kondisyon ng pagsisimula at estado ng paggana ng semiconductor laser.
5. Lakas at boltahe: Sa pamamagitan ng pagsukat ng lakas, boltahe, at kuryente ng semiconductor laser na ginagamit, maaaring iguhit ang mga kurba ng PV, PI, at IV upang maunawaan ang kanilang mga katangian sa paggana.

Prinsipyo ng Paggawa
1. Mga kondisyon ng gain: Ang inversion distribution ng mga charge carrier sa lasing medium (aktibong rehiyon) ay itinatatag. Sa semiconductor, ang enerhiya ng mga electron ay kinakatawan ng isang serye ng halos tuluy-tuloy na antas ng enerhiya. Samakatuwid, ang bilang ng mga electron sa ilalim ng conduction band sa mataas na estado ng enerhiya ay dapat na mas malaki kaysa sa bilang ng mga butas sa tuktok ng valence band sa mababang estado ng enerhiya sa pagitan ng dalawang rehiyon ng energy band upang makamit ang inversion ng bilang ng particle. Nakakamit ito sa pamamagitan ng paglalapat ng positibong bias sa homojunction o heterojunction at pag-inject ng mga kinakailangang carrier sa aktibong layer upang ma-excite ang mga electron mula sa mas mababang energy valence band patungo sa mas mataas na energy conduction band. Kapag ang isang malaking bilang ng mga electron sa reversed particle population state ay muling nagsama-sama sa mga butas, nangyayari ang stimulated emission.
2. Upang aktwal na makakuha ng coherent stimulated radiation, ang stimulated radiation ay dapat na ibalik nang ilang beses sa optical resonator upang bumuo ng laser oscillation, ang resonator ng laser ay nabubuo ng natural na cleavage surface ng semiconductor crystal bilang isang salamin, karaniwang nilagyan ng high reflection multilayer dielectric film sa dulo ng liwanag, at ang makinis na ibabaw ay nilagyan ng reduced reflection film. Para sa Fp cavity (Fabry-Perot cavity) semiconductor laser, ang FP cavity ay madaling mabuo gamit ang natural cleavage plane na patayo sa pn junction plane ng kristal.
(3) Upang makabuo ng isang matatag na osilasyon, ang medium ng laser ay dapat makapagbigay ng sapat na malaking gain upang mabawi ang optical loss na dulot ng resonator at ang loss na dulot ng laser output mula sa ibabaw ng cavity, at patuloy na pataasin ang light field sa cavity. Dapat itong magkaroon ng sapat na lakas ng current injection, ibig sabihin, mayroong sapat na particle number inversion, mas mataas ang antas ng particle number inversion, mas malaki ang gain, ibig sabihin, ang kinakailangan ay dapat matugunan ang isang tiyak na kondisyon ng current threshold. Kapag naabot ng laser ang threshold, ang liwanag na may partikular na wavelength ay maaaring mag-resonate sa cavity at palakasin, at sa huli ay bumuo ng isang laser at tuluy-tuloy na output.

Kinakailangan sa pagganap
1. Bandwidth at rate ng modulasyon: ang mga semiconductor laser at ang teknolohiya ng modulasyon ng mga ito ay mahalaga sa wireless optical communication, at ang bandwidth at rate ng modulasyon ay direktang nakakaapekto sa kalidad ng komunikasyon. Internally modulated laser (direktang modulated laser) ay angkop para sa iba't ibang larangan sa komunikasyon ng optical fiber dahil sa mataas na bilis ng transmisyon at mababang gastos nito.
2. Mga katangiang ispektral at mga katangian ng modulasyon: Mga laser na ipinamahagi ng semiconductor feedbackLaser ng DFB) ay naging mahalagang pinagmumulan ng liwanag sa komunikasyon ng optical fiber at komunikasyon ng optical sa kalawakan dahil sa kanilang mahusay na mga katangiang spectral at mga katangian ng modulasyon.
3. Gastos at malawakang produksyon: Ang mga semiconductor laser ay kailangang magkaroon ng mga bentahe ng mababang gastos at malawakang produksyon upang matugunan ang mga pangangailangan ng malakihang produksyon at mga aplikasyon.
4. Pagkonsumo ng kuryente at pagiging maaasahan: Sa mga sitwasyon ng aplikasyon tulad ng mga data center, ang mga semiconductor laser ay nangangailangan ng mababang pagkonsumo ng kuryente at mataas na pagiging maaasahan upang matiyak ang pangmatagalang matatag na operasyon.