Afstemmingsprincipe van afstembare halfgeleiderlaser (Tunable laser)

Afstemmingsprincipe vanAfstembare halfgeleiderlaser(Instelbare laser)

Een afstembare halfgeleiderlaser is een laser die de golflengte van de laseruitvoer continu binnen een bepaald bereik kan veranderen. Een afstembare halfgeleiderlaser maakt gebruik van thermische, elektrische en mechanische afstemming om de holtelengte, het roosterreflectiespectrum, de fase en andere variabelen aan te passen en zo de golflengte af te stemmen. Dit type laser heeft een breed scala aan toepassingen in optische communicatie, spectroscopie, sensortechnologie, medische toepassingen en andere sectoren. Figuur 1 toont de basissamenstelling van eeninstelbare laser, inclusief de lichtversterkingseenheid, de FP-holte bestaande uit de voor- en achterspiegels, en de optische modusselectiefiltereenheid. Ten slotte kan het optische modusfilter, door de lengte van de reflectieholte aan te passen, de golflengteselectie-uitgang bereiken.

FIG.1

Afstemmingsmethode en de afleiding ervan

Het afstemmingsprincipe van afstembaarhalfgeleiderlasershangt voornamelijk af van het wijzigen van de fysieke parameters van de laserresonator om continue of discrete veranderingen in de golflengte van de laseruitvoer te bereiken. Deze parameters omvatten, maar zijn niet beperkt tot, de brekingsindex, de lengte van de holte en de modusselectie. Hieronder worden enkele veelgebruikte afstemmingsmethoden en hun principes beschreven:

1. Dragerinjectie-afstemming

Bij afstemming van dragerinjectie wordt de brekingsindex van het materiaal gewijzigd door de stroom die in het actieve gebied van de halfgeleiderlaser wordt geïnjecteerd te veranderen, om zo golflengteafstemming te bereiken. Wanneer de stroomsterkte toeneemt, neemt de dragerconcentratie in het actieve gebied toe, wat resulteert in een verandering van de brekingsindex, wat op zijn beurt de lasergolflengte beïnvloedt.

2. Thermische afstemming Thermische afstemming is het veranderen van de brekingsindex en de holtelengte van het materiaal door de bedrijfstemperatuur van de laser te wijzigen, om zo de golflengte af te stemmen. Temperatuurveranderingen beïnvloeden de brekingsindex en de fysieke grootte van het materiaal.

3. Mechanische afstemming Mechanische afstemming is het afstemmen van de golflengte door de positie of hoek van de externe optische elementen van de laser te veranderen. Veelgebruikte mechanische afstemmingsmethoden zijn onder andere het veranderen van de hoek van het diffractierooster en het verplaatsen van de spiegel.

4 Elektro-optische afstemming Elektro-optische afstemming wordt bereikt door een elektrisch veld aan te leggen op een halfgeleidermateriaal om de brekingsindex van het materiaal te veranderen, waardoor golflengteafstemming ontstaat. Deze methode wordt vaak gebruikt inelektro-optische modulatoren (EOM) en elektro-optisch afgestemde lasers.

Samenvattend, het afstemmingsprincipe van een afstembare halfgeleiderlaser realiseert voornamelijk golflengteafstemming door de fysieke parameters van de resonator te wijzigen. Deze parameters omvatten de brekingsindex, de lengte van de holte en de modusselectie. Specifieke afstemmingsmethoden zijn onder andere afstemming met behulp van carrierinjectie, thermische afstemming, mechanische afstemming en elektro-optische afstemming. Elke methode heeft zijn eigen specifieke fysieke mechanisme en wiskundige afleiding, en de keuze van de juiste afstemmingsmethode moet worden overwogen op basis van de specifieke toepassingsvereisten, zoals afstemmingsbereik, afstemmingssnelheid, resolutie en stabiliteit.