Yarı iletken lazerin çalışma prensibi

Çalışma prensibiyarı iletken lazer

Öncelikle yarı iletken lazerler için parametre gereksinimleri tanıtılmakta olup, bunlar temel olarak aşağıdaki hususları içermektedir:
1. Fotoelektrik performans: Sönme oranı, dinamik hat genişliği ve diğer parametreler dahil olmak üzere bu parametreler, iletişim sistemlerindeki yarı iletken lazerlerin performansını doğrudan etkiler.
2. Yapısal parametreler: Işık boyutu ve düzenlemesi, çıkarma ucu tanımı, kurulum boyutu ve anahat boyutu gibi.
3. Dalga Boyu: Yarı iletken lazerin dalga boyu aralığı 650~1650nm olup doğruluğu yüksektir.
4. Eşik akımı (Ith) ve çalışma akımı (lop): Bu parametreler, yarı iletken lazerin başlangıç ​​koşullarını ve çalışma durumunu belirler.
5. Güç ve gerilim: Çalışma esnasında yarı iletken lazerin gücü, gerilimi ve akımı ölçülerek PV, PI ve IV eğrileri çizilerek çalışma karakteristikleri anlaşılabilir.

Çalışma prensibi
1. Kazanç koşulları: Lazer ortamındaki (aktif bölge) yük taşıyıcılarının ters çevrilme dağılımı belirlenir. Yarı iletkende, elektronların enerjisi neredeyse sürekli bir dizi enerji seviyesiyle 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 fazla olmalıdır. Bu, homojunksiyona veya heterojunksiyona pozitif bir öngerilim uygulanarak ve elektronları düşük enerjili değerlik bandından yüksek enerjili iletim bandına uyarmak için aktif katmana gerekli taşıyıcılar enjekte edilerek sağlanır. Ters çevrilmiş parçacık popülasyonu durumundaki çok sayıda elektron deliklerle yeniden birleştiğinde, uyarılmış emisyon meydana gelir.
2. Gerçekten tutarlı uyarılmış radyasyon elde etmek için, uyarılmış radyasyonun optik rezonatörde birkaç kez geri beslenmesi ve böylece lazer salınımının oluşturulması gerekir. Lazerin rezonatörü, yarı iletken kristalin doğal yarılma yüzeyi tarafından bir ayna olarak oluşturulur ve genellikle ışığın ucuna yüksek yansımalı çok katmanlı bir dielektrik film kaplanır. Pürüzsüz yüzey ise düşük yansımalı bir filmle kaplanır. Fp boşluğu (Fabry-Perot boşluğu) yarı iletken lazer için, kristalin pn bağlantı düzlemine dik doğal yarılma düzlemi kullanılarak FP boşluğu kolayca oluşturulabilir.
(3) Kararlı bir salınım oluşturmak için, lazer ortamı, rezonatörün neden olduğu optik kaybı ve boşluk yüzeyinden lazer çıkışının neden olduğu kaybı telafi edecek kadar büyük bir kazanç sağlayabilmeli ve boşluktaki ışık alanını sürekli olarak artırabilmelidir. Bu ortam, yeterince güçlü bir akım enjeksiyonuna sahip olmalı, yani yeterli parçacık sayısı ters çevirmesi olmalıdır; parçacık sayısı ters çevirme derecesi ne kadar yüksekse, kazanç da o kadar büyük olmalıdır; yani gereksinim belirli bir akım eşiği koşulunu karşılamalıdır. Lazer eşiğe ulaştığında, belirli bir dalga boyuna sahip ışık boşlukta rezonansa sokulup yükseltilebilir ve nihayetinde bir lazer ve sürekli çıkış oluşturulabilir.

Performans gereksinimi
1. Modülasyon bant genişliği ve oranı: Yarı iletken lazerler ve modülasyon teknolojileri, kablosuz optik iletişimde çok önemlidir ve modülasyon bant genişliği ve oranı, iletişim kalitesini doğrudan etkiler. Dahili modülasyonlu lazer (doğrudan modüle edilmiş lazer) yüksek hızlı iletim ve düşük maliyet nedeniyle optik fiber iletişiminde farklı alanlarda kullanılmaya uygundur.
2. Spektral özellikler ve modülasyon özellikleri: Yarı iletken dağıtılmış geribildirim lazerleriDFB lazer) mükemmel spektral özellikleri ve modülasyon özellikleri nedeniyle optik fiber iletişiminde ve uzay optik iletişiminde önemli bir ışık kaynağı haline gelmiştir.
3. Maliyet ve seri üretim: Yarı iletken lazerlerin, büyük ölçekli üretim ve uygulama ihtiyaçlarını karşılayabilmeleri için düşük maliyet ve seri üretim avantajlarına sahip olmaları gerekir.
4. Güç tüketimi ve güvenilirlik: Veri merkezleri gibi uygulama senaryolarında, yarı iletken lazerlerin uzun vadeli istikrarlı çalışmasını sağlamak için düşük güç tüketimi ve yüksek güvenilirlik gerekir.