Werkingsprincipe van een halfgeleiderlaser

Werkingsprincipe vanhalfgeleiderlaser

Allereerst worden de parametervereisten voor halfgeleiderlasers geïntroduceerd, die hoofdzakelijk de volgende aspecten omvatten:
1. Foto-elektrische prestaties: waaronder de extinctieverhouding, de dynamische lijnbreedte en andere parameters. Deze parameters hebben een directe invloed op de prestaties van halfgeleiderlasers in communicatiesystemen.
2. Structurele parameters: zoals lichtgrootte en -indeling, definitie van de afzuigopening, installatiegrootte en omtrek.
3. Golflengte: Het golflengtebereik van halfgeleiderlasers ligt tussen 650 en 1650 nm, en de nauwkeurigheid is hoog.
4. Drempelstroom (Ith) en bedrijfsstroom (lop): Deze parameters bepalen de opstartomstandigheden en de werkingsstatus van de halfgeleiderlaser.
5. Vermogen en spanning: Door het vermogen, de spanning en de stroom van de werkende halfgeleiderlaser te meten, kunnen PV-, PI- en IV-curven worden getekend om de werkingskenmerken ervan te begrijpen.

Werkingsprincipe
1. Versterkingsvoorwaarden: De omgekeerde verdeling van ladingsdragers in het lasermedium (actieve zone) wordt tot stand gebracht. In de halfgeleider wordt de energie van elektronen weergegeven door een reeks vrijwel continue energieniveaus. Daarom moet het aantal elektronen onderin de geleidingsband in de hoge-energiestand veel groter zijn dan het aantal gaten bovenin de valentieband in de lage-energiestand tussen de twee energiebandgebieden om de inversie van het aantal deeltjes te bewerkstelligen. Dit wordt bereikt door een positieve spanning aan te leggen op de homojunctie of heterojunctie en de benodigde ladingsdragers in de actieve laag te injecteren om elektronen van de lagere-energie valentieband naar de hogere-energie geleidingsband te exciteren. Wanneer een groot aantal elektronen in de omgekeerde deeltjespopulatietoestand recombineert met gaten, treedt gestimuleerde emissie op.
2. Om daadwerkelijk coherente gestimuleerde straling te verkrijgen, moet de gestimuleerde straling meerdere malen teruggekoppeld worden in de optische resonator om laseroscillatie te vormen. De resonator van de laser wordt gevormd door het natuurlijke splijtvlak van het halfgeleiderkristal als spiegel, meestal voorzien van een meerlaagse diëlektrische film met hoge reflectie aan het uiteinde van het kristal, terwijl het gladde oppervlak is voorzien van een film met verminderde reflectie. Voor de Fabry-Perot-laser (FP-caviteit) kan de FP-caviteit eenvoudig worden geconstrueerd door gebruik te maken van het natuurlijke splijtvlak loodrecht op het pn-junctievlak van het kristal.
(3) Om een ​​stabiele oscillatie te vormen, moet het lasermedium een ​​voldoende grote versterking kunnen leveren om het optische verlies veroorzaakt door de resonator en het verlies veroorzaakt door de laseruitvoer vanaf het holteoppervlak te compenseren en het lichtveld in de holte constant te vergroten. Dit vereist een voldoende sterke stroominjectie, dat wil zeggen dat er voldoende deeltjesaantalinversie moet zijn; hoe hoger de mate van deeltjesaantalinversie, hoe groter de versterking. De laser moet dus voldoen aan een bepaalde drempelwaarde voor de stroom. Wanneer de laser de drempelwaarde bereikt, kan licht met een specifieke golflengte in de holte resoneren en worden versterkt, waardoor uiteindelijk een laser met continue output ontstaat.

Prestatie-eis
1. Modulatiebandbreedte en -snelheid: halfgeleiderlasers en hun modulatietechnologie zijn cruciaal in draadloze optische communicatie, en de modulatiebandbreedte en -snelheid hebben een directe invloed op de communicatiekwaliteit. Intern gemoduleerde laser (direct gemoduleerde laser) is geschikt voor verschillende toepassingsgebieden in de optische vezelcommunicatie vanwege de hoge transmissiesnelheid en de lage kosten.
2. Spectrale kenmerken en modulatiekenmerken: Halfgeleiderlasers met gedistribueerde terugkoppeling (DFB-laser) zijn een belangrijke lichtbron geworden in optische vezelcommunicatie en optische ruimtecommunicatie vanwege hun uitstekende spectrale eigenschappen en modulatie-eigenschappen.
3. Kosten en massaproductie: Halfgeleiderlasers moeten lage kosten en massaproductiemogelijkheden bieden om te voldoen aan de eisen van grootschalige productie en toepassingen.
4. Energieverbruik en betrouwbaarheid: In toepassingsscenario's zoals datacenters vereisen halfgeleiderlasers een laag energieverbruik en een hoge betrouwbaarheid om een ​​stabiele werking op lange termijn te garanderen.