Puslaidininkinio lazerio veikimo principas

Veikimo principaspuslaidininkinis lazeris

Pirmiausia pristatomi puslaidininkinių lazerių parametrų reikalavimai, įskaitant šiuos aspektus:
1. Fotoelektrinės charakteristikos: įskaitant gesinimo koeficientą, dinaminį linijos plotį ir kitus parametrus, šie parametrai tiesiogiai veikia puslaidininkinių lazerių veikimą ryšių sistemose.
2. Struktūriniai parametrai: pvz., šviesos dydis ir išdėstymas, ištraukimo galo apibrėžimas, įrengimo dydis ir kontūro dydis.
3. Bangos ilgis: puslaidininkinio lazerio bangos ilgių diapazonas yra 650–1650 nm, o tikslumas – didelis.
4. Slenkstinė srovė (Ith) ir darbinė srovė (lop): šie parametrai lemia puslaidininkinio lazerio paleidimo sąlygas ir darbinę būseną.
5. Galia ir įtampa: Išmatuojant puslaidininkinio lazerio galią, įtampą ir srovę darbo metu, galima nubrėžti PV, PI ir IV kreives, kad būtų galima suprasti jų veikimo charakteristikas.

Veikimo principas
1. Stiprinimo sąlygos: nustatomas krūvininkų inversijos pasiskirstymas lazerio terpėje (aktyviojoje srityje). Puslaidininkiuose elektronų energiją atspindi beveik ištisinių energijos lygmenų serija. Todėl, norint pasiekti dalelių skaičiaus inversiją, elektronų skaičius laidumo juostos apačioje, esant didelei energijai, turi būti daug didesnis nei skylių skaičius valentinės juostos viršuje, esant didelei energijai tarp dviejų energijos juostų sričių. Tai pasiekiama taikant teigiamą poslinkį homo- arba hetero-sandūrai ir į aktyvųjį sluoksnį įpurškiant reikiamus krūvininkus, kad sužadintų elektronus iš žemesnės energijos valentinės juostos į aukštesnės energijos laidumo juostą. Kai didelis skaičius elektronų atvirkštinėje dalelių populiacijos būsenoje rekombinuojasi su skylėmis, įvyksta stimuliuojamoji emisija.
2. Norint gauti koherentinę stimuliuojamą spinduliuotę, stimuliuojama spinduliuotė turi būti kelis kartus grąžinama į optinį rezonatorių, kad susidarytų lazerio osciliacija. Lazerio rezonatorių sudaro natūralus puslaidininkinio kristalo skilimo paviršius kaip veidrodis, paprastai šviesos gale padengtas didelio atspindžio daugiasluoksne dielektrine plėvele, o lygus paviršius padengtas sumažinto atspindžio plėvele. Puslaidininkiniame lazeryje su Fp rezonatoriumi (Fabry-Perot rezonatoriumi) FP rezonatorių galima lengvai sukonstruoti naudojant natūralią skilimo plokštumą, statmeną kristalo pn sandūros plokštumai.
(3) Norint sukurti stabilų virpesį, lazerio terpė turi užtikrinti pakankamai didelį stiprinimą, kad kompensuotų rezonatoriaus sukeltus optinius nuostolius ir lazerio išėjimo iš ertmės paviršiaus sukeltus nuostolius, ir nuolat didinti šviesos lauką ertmėje. Tai turi turėti pakankamai stiprią srovės injekciją, t. y. pakankamą dalelių skaičiaus inversiją, kuo didesnis dalelių skaičiaus inversijos laipsnis, tuo didesnis stiprinimas, t. y. reikalavimas turi atitikti tam tikrą srovės slenksčio sąlygą. Kai lazeris pasiekia slenkstį, tam tikro bangos ilgio šviesa gali būti rezonuojama ertmėje ir sustiprinama, galiausiai suformuojant lazerį ir nuolatinį išėjimą.

Našumo reikalavimas
1. Moduliacijos pralaidumas ir greitis: puslaidininkiniai lazeriai ir jų moduliacijos technologija yra labai svarbūs belaidžio optinio ryšio srityje, o moduliacijos pralaidumas ir greitis tiesiogiai veikia ryšio kokybę. Viduje moduliuojamas lazeris (tiesiogiai moduliuojamas lazeris) tinka įvairioms optinio pluošto ryšio sritims dėl didelės perdavimo spartos ir mažos kainos.
2. Spektrinės charakteristikos ir moduliacijos charakteristikos: puslaidininkiniai paskirstyto grįžtamojo ryšio lazeriai (DFB lazeris) tapo svarbiu šviesos šaltiniu optinių skaidulų ir kosminės optinės komunikacijos srityse dėl puikių spektrinių ir moduliacijos savybių.
3. Sąnaudos ir masinė gamyba: puslaidininkiniai lazeriai turi turėti mažos kainos ir masinės gamybos privalumus, kad būtų patenkinti didelio masto gamybos ir taikymo poreikiai.
4. Energijos suvartojimas ir patikimumas: Duomenų centruose ir kitose taikymo srityse puslaidininkiniai lazeriai reikalauja mažo energijos suvartojimo ir didelio patikimumo, kad būtų užtikrintas ilgalaikis stabilus veikimas.