Principio di funzionamento del laser a semiconduttore

Principio di funzionamentolaser a semiconduttore

Innanzitutto, vengono presentati i requisiti dei parametri per i laser a semiconduttore, che comprendono principalmente i seguenti aspetti:
1. Prestazioni fotoelettriche: tra cui il rapporto di estinzione, la larghezza di riga dinamica e altri parametri, questi parametri influenzano direttamente le prestazioni dei laser a semiconduttore nei sistemi di comunicazione.
2. Parametri strutturali: quali dimensioni e disposizione degli apparecchi luminosi, definizione del punto di estrazione, dimensioni di installazione e dimensioni del contorno.
3. Lunghezza d'onda: la gamma di lunghezze d'onda del laser a semiconduttore è compresa tra 650 e 1650 nm e la precisione è elevata.
4. Corrente di soglia (Ith) e corrente di funzionamento (lop): questi parametri determinano le condizioni di avvio e lo stato di funzionamento del laser a semiconduttore.
5. Potenza e tensione: Misurando la potenza, la tensione e la corrente del laser a semiconduttore in funzione, è possibile tracciare le curve PV, PI e IV per comprenderne le caratteristiche operative.

Principio di funzionamento
1. Condizioni di guadagno: Viene stabilita la distribuzione di inversione dei portatori di carica nel mezzo laser (regione attiva). Nel semiconduttore, l'energia degli elettroni è rappresentata da una serie di livelli energetici quasi continui. Pertanto, il numero di elettroni nella parte inferiore della banda di conduzione nello stato ad alta energia deve essere molto maggiore del numero di lacune nella parte superiore della banda di valenza nello stato a bassa energia tra le due regioni di banda energetica per ottenere l'inversione del numero di particelle. Ciò si ottiene applicando una polarizzazione positiva all'omogiunzione o all'eterogiunzione e iniettando i portatori necessari nello strato attivo per eccitare gli elettroni dalla banda di valenza a energia inferiore alla banda di conduzione a energia superiore. Quando un gran numero di elettroni nello stato di popolazione di particelle invertita si ricombina con le lacune, si verifica l'emissione stimolata.
2. Per ottenere effettivamente una radiazione stimolata coerente, la radiazione stimolata deve essere retroazionata più volte nel risonatore ottico per formare l'oscillazione laser. Il risonatore del laser è formato dalla superficie di clivaggio naturale del cristallo semiconduttore come specchio, solitamente rivestita all'estremità della luce con una pellicola dielettrica multistrato ad alta riflettività, mentre la superficie liscia è rivestita con una pellicola a bassa riflettività. Per il laser a semiconduttore con cavità FP (cavità Fabry-Perot), la cavità FP può essere facilmente realizzata utilizzando il piano di clivaggio naturale perpendicolare al piano di giunzione pn del cristallo.
(3) Per formare un'oscillazione stabile, il mezzo laser deve essere in grado di fornire un guadagno sufficientemente grande per compensare la perdita ottica causata dal risonatore e la perdita causata dall'uscita laser dalla superficie della cavità, e aumentare costantemente il campo luminoso nella cavità. Ciò deve avere un'iniezione di corrente sufficientemente forte, cioè c'è sufficiente inversione del numero di particelle, maggiore è il grado di inversione del numero di particelle, maggiore è il guadagno, cioè il requisito deve soddisfare una certa condizione di soglia di corrente. Quando il laser raggiunge la soglia, la luce con una specifica lunghezza d'onda può essere risuonata nella cavità e amplificata, e infine formare un laser e un'uscita continua.

Requisiti di prestazione
1. Larghezza di banda e velocità di modulazione: i laser a semiconduttore e la loro tecnologia di modulazione sono cruciali nella comunicazione ottica wireless e la larghezza di banda e la velocità di modulazione influenzano direttamente la qualità della comunicazione. Laser a modulazione interna (laser a modulazione diretta) è adatto a diversi settori delle comunicazioni in fibra ottica grazie alla sua elevata velocità di trasmissione e al basso costo.
2. Caratteristiche spettrali e caratteristiche di modulazione: laser a feedback distribuito a semiconduttore(Laser DFBLe nanoparticelle d'oro (o fluorofori) sono diventate un'importante sorgente luminosa nelle comunicazioni in fibra ottica e nelle comunicazioni ottiche spaziali grazie alle loro eccellenti caratteristiche spettrali e di modulazione.
3. Costo e produzione di massa: i laser a semiconduttore devono avere i vantaggi di un basso costo e di una produzione di massa per soddisfare le esigenze della produzione e delle applicazioni su larga scala.
4. Consumo energetico e affidabilità: in scenari applicativi come i data center, i laser a semiconduttore richiedono un basso consumo energetico e un'elevata affidabilità per garantire un funzionamento stabile a lungo termine.