Principio di funzionamento del laser a semiconduttore

Principio di funzionamento dilaser a semiconduttore

Innanzitutto vengono introdotti i requisiti relativi ai parametri per i laser a semiconduttore, che includono principalmente i seguenti aspetti:
1. Prestazioni fotoelettriche: inclusi il rapporto di estinzione, la larghezza di linea dinamica e altri parametri, questi parametri influenzano direttamente le prestazioni dei laser a semiconduttore nei sistemi di comunicazione.
2. Parametri strutturali: quali dimensione e disposizione luminosa, definizione dell'estremità di estrazione, dimensione dell'installazione e dimensione del contorno.
3. Lunghezza d'onda: la gamma di lunghezze d'onda del laser a semiconduttore è 650~1650 nm e la precisione è elevata.
4. Corrente di soglia (Ith) e corrente operativa (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 al lavoro, è possibile tracciare le curve PV, PI e IV per comprenderne le caratteristiche di funzionamento.

Principio di funzionamento
1. Condizioni di guadagno: viene stabilita la distribuzione dell'inversione dei portatori di carica nel mezzo laser (regione attiva). Nel semiconduttore l'energia degli elettroni è rappresentata da una serie di livelli energetici pressoché 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 di bassa energia tra le due regioni della banda energetica per ottenere l'inversione di il 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 energetica inferiore alla banda di conduzione energetica superiore. Quando un gran numero di elettroni nello stato di popolazione di particelle invertite si ricombina con le lacune, si verifica un'emissione stimolata.
2. Per ottenere effettivamente una radiazione stimolata coerente, la radiazione stimolata deve essere reimmessa più volte nel risonatore ottico per formare l'oscillazione del laser, il risonatore del laser è formato dalla superficie di scissione naturale del cristallo semiconduttore come uno specchio, solitamente placcato all'estremità della luce con una pellicola dielettrica multistrato ad alta riflessione e la superficie liscia è placcata con una pellicola a riflessione ridotta. Per il laser a semiconduttore con cavità Fp (cavità Fabry-Perot), la cavità FP può essere facilmente costruita 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 ampio da compensare la perdita ottica causata dal risonatore e la perdita causata dall'uscita laser dalla superficie della cavità e aumentare costantemente l'oscillazione campo luminoso nella cavità. Questo deve avere un'iniezione di corrente sufficientemente forte, cioè c'è abbastanza 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 determinata condizione di soglia di corrente. Quando il laser raggiunge la soglia, la luce con una lunghezza d'onda specifica può essere fatta risuonare nella cavità e amplificata, e infine formare un laser e un'uscita continua.

Requisito prestazionale
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 influiscono direttamente sulla qualità della comunicazione. Laser modulato internamente (laser direttamente modulato) è adatto a diversi campi della comunicazione in fibra ottica grazie alla sua trasmissione ad alta velocità e al basso costo.
2. Caratteristiche spettrali e caratteristiche di modulazione: laser a feedback distribuito a semiconduttore (Laser DFB) sono diventati un'importante fonte di luce 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 del basso costo e della 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.