Yarıiletken lazerin çalışma prensibi

Çalışma prensibiyarı iletken lazer

Öncelikle, yarı iletken lazerler için parametre gereksinimleri tanıtılmaktadır; bunlar başlıca aşağıdaki hususları içermektedir:
1. Fotoelektrik performans: Sönüm oranı, dinamik çizgi genişliği ve diğer parametreler dahil olmak üzere bu parametreler, yarı iletken lazerlerin iletişim sistemlerindeki performansını doğrudan etkiler.
2. Yapısal parametreler: Aydınlatma boyutu ve düzeni, çıkış ucu tanımı, montaj boyutu ve dış hat boyutu gibi.
3. Dalga Boyu: Yarı iletken lazerin dalga boyu aralığı 650~1650 nm'dir ve doğruluğu yüksektir.
4. Eşik akımı (Ith) ve çalışma akımı (Iop): Bu parametreler, yarı iletken lazerin başlatma koşullarını ve çalışma durumunu belirler.
5. Güç ve Gerilim: Çalışma halindeki yarı iletken lazerin gücünü, gerilimini ve akımını ölçerek, çalışma özelliklerini anlamak için PV, PI ve IV eğrileri çizilebilir.

Çalışma prensibi
1. Kazanç koşulları: Lazer ortamında (aktif bölge) yük taşıyıcılarının ters dağılımı oluşturulur. Yarı iletkenlerde, elektronların enerjisi neredeyse sürekli bir dizi enerji seviyesi ile temsil edilir. Bu nedenle, parçacık sayısının ters çevrilmesini sağlamak için, yüksek enerji durumundaki iletim bandının altındaki elektron sayısı, iki enerji bandı bölgesi arasındaki düşük enerji durumundaki değerlik bandının üstündeki delik sayısından çok daha büyük olmalıdır. Bu, homojunction veya heterojunction'a pozitif bir önyargı uygulanarak ve elektronları daha düşük enerjili değerlik bandından daha yüksek enerjili iletim bandına uyarmak için gerekli taşıyıcılar aktif katmana enjekte edilerek elde edilir. Ters çevrilmiş parçacık popülasyonu durumundaki çok sayıda elektron deliklerle birleştiğinde, uyarılmış emisyon meydana gelir.
2. Tutarlı uyarılmış radyasyon elde etmek için, uyarılmış radyasyonun lazer salınımı oluşturmak üzere optik rezonatörde birkaç kez geri beslenmesi gerekir. Lazer rezonatörü, yarı iletken kristalin doğal kırılma yüzeyinin ayna olarak kullanılmasıyla oluşturulur; genellikle ışığın ucuna yüksek yansımalı çok katmanlı dielektrik film, düz yüzeyine ise yansımayı azaltan bir film kaplanır. Fp boşluğu (Fabry-Perot boşluğu) yarı iletken lazer için, FP boşluğu, kristalin pn bağlantı düzlemine dik doğal kırılma düzlemi kullanılarak kolayca oluşturulabilir.
(3) Kararlı bir salınım oluşturmak için, lazer ortamı, rezonatörden kaynaklanan optik kayıpları ve boşluk yüzeyinden lazer çıkışından kaynaklanan kayıpları telafi etmek ve boşluktaki ışık alanını sürekli olarak artırmak için yeterince büyük bir kazanç sağlayabilmelidir. Bunun için yeterince güçlü bir akım enjeksiyonu, yani yeterli parçacık sayısı ters çevrilmesi olmalıdır; parçacık sayısı ters çevrilmesinin derecesi ne kadar yüksekse, kazanç o kadar büyük olur; yani, belirli bir akım eşik koşulunu karşılaması gerekir. Lazer eşiğe ulaştığında, belirli bir dalga boyuna sahip ışık boşlukta rezonansa girebilir ve yükseltilebilir ve sonunda sürekli bir lazer çıkışı oluşturabilir.

Performans gereksinimi
1. Modülasyon bant genişliği ve hızı: Yarı iletken lazerler ve modülasyon teknolojileri kablosuz optik iletişimde çok önemlidir ve modülasyon bant genişliği ve hızı iletişim kalitesini doğrudan etkiler. Dahili modülasyonlu lazer (doğrudan modüle edilmiş lazerYüksek iletim hızı ve düşük maliyeti nedeniyle optik fiber iletişiminde farklı alanlar için uygundur.
2. Spektral özellikler ve modülasyon özellikleri: Yarı iletken dağıtılmış geri beslemeli lazerler(DFB lazerMükemmel spektral ve modülasyon özelliklerinden dolayı optik fiber iletişiminde ve uzay optik iletişiminde önemli bir ışık kaynağı haline gelmişlerdir.
3. Maliyet ve seri üretim: Yarı iletken lazerlerin, büyük ölçekli üretim ve uygulamaların ihtiyaçlarını karşılamak için düşük maliyet ve seri üretim avantajlarına sahip olması gerekir.
4. Güç tüketimi ve güvenilirlik: Veri merkezleri gibi uygulama senaryolarında, yarı iletken lazerlerin uzun vadeli istikrarlı çalışmayı sağlamak için düşük güç tüketimi ve yüksek güvenilirlik gereklidir.