Arbejdsprincip forhalvlederlaser
Først introduceres parameterkravene til halvlederlasere, primært inklusive følgende aspekter:
1. Fotoelektrisk ydeevne: inklusive ekstinktionsforhold, dynamisk linjebredde og andre parametre, påvirker disse parametre direkte ydeevnen af halvlederlasere i kommunikationssystemer.
2. Strukturelle parametre: såsom lysstyrke og -arrangement, definition af udsugningsende, installationsstørrelse og omridsstørrelse.
3. Bølgelængde: Halvlederlaserens bølgelængdeområde er 650~1650 nm, og nøjagtigheden er høj.
4. Tærskelstrøm (Ith) og driftsstrøm (lop): Disse parametre bestemmer opstartsbetingelserne og driftstilstanden for halvlederlaseren.
5. Effekt og spænding: Ved at måle effekt, spænding og strøm for halvlederlaseren under arbejde kan PV-, PI- og IV-kurver tegnes for at forstå deres arbejdskarakteristika.
Arbejdsprincip
1. Forstærkningsbetingelser: Inversionsfordelingen af ladningsbærere i lasermediet (aktivt område) er etableret. I halvlederen er elektronernes energi repræsenteret af en række næsten kontinuerlige energiniveauer. Derfor skal antallet af elektroner i bunden af ledningsbåndet i højenergitilstanden være meget større end antallet af huller i toppen af valensbåndet i lavenergitilstanden mellem de to energibåndområder for at opnå inversionen af partikelantallet. Dette opnås ved at anvende en positiv bias på homojunctionen eller heterojunctionen og injicere de nødvendige ladningsbærere i det aktive lag for at excitere elektroner fra valensbåndet med lavere energi til ledningsbåndet med højere energi. Når et stort antal elektroner i den omvendte partikelpopulationstilstand rekombinerer med huller, forekommer stimuleret emission.
2. For rent faktisk at opnå kohærent stimuleret stråling, skal den stimulerede stråling føres tilbage flere gange i den optiske resonator for at danne laseroscillation. Laserens resonator dannes af halvlederkrystallens naturlige spaltningsoverflade som et spejl, normalt belagt på enden af lyset med en højreflekterende flerlags dielektrisk film, og den glatte overflade er belagt med en reduceret reflektionsfilm. For Fp-hulrummet (Fabry-Perot-hulrummet) halvlederlaseren kan FP-hulrummet let konstrueres ved at bruge det naturlige spaltningsplan vinkelret på krystallens pn-overgangsplan.
(3) For at danne en stabil oscillation skal lasermediet kunne give en tilstrækkelig stor forstærkning til at kompensere for det optiske tab forårsaget af resonatoren og tabet forårsaget af laserudgangen fra hulrummets overflade, og konstant øge lysfeltet i hulrummet. Dette skal have en tilstrækkelig stærk strøminjektion, det vil sige, at der er tilstrækkelig partikelantalinversion, jo højere graden af partikelantalinversion, desto større er forstærkningen, det vil sige, at kravet skal opfylde en bestemt strømtærskelbetingelse. Når laseren når tærsklen, kan lys med en specifik bølgelængde resoneres i hulrummet og forstærkes, og endelig danne en laser og kontinuerlig udgang.
Krav til ydeevne
1. Modulationsbåndbredde og -hastighed: Halvlederlasere og deres modulationsteknologi er afgørende i trådløs optisk kommunikation, og modulationsbåndbredden og -hastigheden påvirker direkte kommunikationskvaliteten. Internt moduleret laser (direkte moduleret laser) er velegnet til forskellige områder inden for optisk fiberkommunikation på grund af dens højhastighedstransmission og lave omkostninger.
2. Spektrale karakteristika og modulationskarakteristika: Halvlederdistribuerede feedbacklasere (DFB-laser) er blevet en vigtig lyskilde inden for optisk fiberkommunikation og rumoptisk kommunikation på grund af deres fremragende spektrale egenskaber og modulationsegenskaber.
3. Omkostninger og masseproduktion: Halvlederlasere skal have fordelene ved lave omkostninger og masseproduktion for at imødekomme behovene for storskalaproduktion og -applikationer.
4. Strømforbrug og pålidelighed: I applikationsscenarier som datacentre kræver halvlederlasere lavt strømforbrug og høj pålidelighed for at sikre langvarig stabil drift.
Opslagstidspunkt: 19. september 2024