Pusvadītāju lāzera darbības princips

Darbības principspusvadītāju lāzers

Vispirms tiek ieviestas pusvadītāju lāzeru parametru prasības, galvenokārt iekļaujot šādus aspektus:
1. Fotoelektriskā veiktspēja: tostarp ekstinkcijas koeficients, dinamiskais līnijas platums un citi parametri, šie parametri tieši ietekmē pusvadītāju lāzeru veiktspēju sakaru sistēmās.
2. Strukturālie parametri: piemēram, gaismas izmērs un izvietojums, izvilkšanas gala definīcija, uzstādīšanas izmērs un kontūras izmērs.
3. Viļņa garums: Pusvadītāju lāzera viļņa garuma diapazons ir 650–1650 nm, un precizitāte ir augsta.
4. Sliekšņa strāva (Ith) un darba strāva (lop): Šie parametri nosaka pusvadītāju lāzera ieslēgšanas apstākļus un darba stāvokli.
5. Jauda un spriegums: Izmērot pusvadītāju lāzera jaudu, spriegumu un strāvu darba laikā, var noformēt PV, PI un IV līknes, lai izprastu to darba raksturlielumus.

Darbības princips
1. Pastiprinājuma nosacījumi: Tiek noteikts lādiņnesēju inversijas sadalījums lāzera vidē (aktīvajā apgabalā). Pusvadītājā elektronu enerģiju attēlo gandrīz nepārtrauktu enerģijas līmeņu sērija. Tāpēc elektronu skaitam vadītspējas joslas apakšā augstas enerģijas stāvoklī jābūt daudz lielākam nekā caurumu skaitam valences joslas augšpusē zemas enerģijas stāvoklī starp diviem enerģijas joslu apgabaliem, lai panāktu daļiņu skaita inversiju. To panāk, pielietojot pozitīvu nobīdi homo- vai hetero-savienojumam un injicējot nepieciešamos nesējus aktīvajā slānī, lai ierosinātu elektronus no zemākas enerģijas valences joslas uz augstākas enerģijas vadītspējas joslu. Kad liels skaits elektronu apgrieztā daļiņu populācijas stāvoklī rekombinējas ar caurumiem, notiek stimulēta emisija.
2. Lai faktiski iegūtu koherentu stimulētu starojumu, stimulētais starojums vairākas reizes jāatgriež optiskajā rezonatorā, lai veidotos lāzera svārstības. Lāzera rezonatoru veido pusvadītāju kristāla dabiskā šķelšanās virsma kā spogulis, parasti gaismas galā pārklāta ar augstas atstarošanas daudzslāņu dielektrisku plēvi, bet gludā virsma pārklāta ar samazinātas atstarošanas plēvi. Fp rezonatora (Fabri-Pero rezonatora) pusvadītāju lāzeram FP rezonatoru var viegli konstruēt, izmantojot dabisko šķelšanās plakni, kas ir perpendikulāra kristāla pn pārejas plaknei.
(3) Lai veidotu stabilu svārstību, lāzera videi ir jānodrošina pietiekami liels pastiprinājums, lai kompensētu rezonatora radītos optiskos zudumus un lāzera starojuma no dobuma virsmas radītos zudumus, kā arī pastāvīgi jāpalielina gaismas lauks dobumā. Tam jābūt pietiekami spēcīgam strāvas ievadam, tas ir, daļiņu skaita inversijai jābūt pietiekamai, jo augstāka ir daļiņu skaita inversijas pakāpe, jo lielāks pastiprinājums, tas ir, prasībai ir jāatbilst noteiktam strāvas sliekšņa nosacījumam. Kad lāzers sasniedz slieksni, noteikta viļņa garuma gaisma var tikt rezonēta dobumā un pastiprināta, un visbeidzot, veidojot lāzeru un nepārtrauktu izeju.

Veiktspējas prasība
1. Modulācijas joslas platums un ātrums: pusvadītāju lāzeri un to modulācijas tehnoloģija ir ļoti svarīgi bezvadu optiskajā sakaros, un modulācijas joslas platums un ātrums tieši ietekmē sakaru kvalitāti. Iekšēji modulēts lāzers (tieši modulēts lāzers) ir piemērots dažādām optisko šķiedru sakaru jomām, pateicoties tā lielajam pārraides ātrumam un zemajām izmaksām.
2. Spektrālās īpašības un modulācijas īpašības: pusvadītāju izkliedētie atgriezeniskās saites lāzeri (DFB lāzers) ir kļuvuši par svarīgu gaismas avotu optisko šķiedru sakaros un kosmosa optiskajos sakaros, pateicoties to lieliskajām spektrālajām īpašībām un modulācijas īpašībām.
3. Izmaksas un masveida ražošana: pusvadītāju lāzeriem ir jābūt ar zemām izmaksām un masveida ražošanu, lai apmierinātu liela mēroga ražošanas un pielietojuma vajadzības.
4. Enerģijas patēriņš un uzticamība: Lietojumprogrammu scenārijos, piemēram, datu centros, pusvadītāju lāzeriem ir nepieciešams zems enerģijas patēriņš un augsta uzticamība, lai nodrošinātu ilgtermiņa stabilu darbību.