Princípio de funcionamento do laser semicondutor

Princípio de funcionamento delaser semicondutor

Primeiramente, são apresentados os requisitos de parâmetros para lasers semicondutores, incluindo principalmente os seguintes aspectos:
1. Desempenho fotoelétrico: incluindo a taxa de extinção, a largura de linha dinâmica e outros parâmetros, esses parâmetros afetam diretamente o desempenho dos lasers semicondutores em sistemas de comunicação.
2. Parâmetros estruturais: como tamanho e disposição da iluminação, definição da extremidade de extração, tamanho da instalação e dimensões do contorno.
3. Comprimento de onda: A faixa de comprimento de onda do laser semicondutor é de 650 a 1650 nm, e a precisão é alta.
4. Corrente de limiar (Ith) e corrente de operação (lop): Esses parâmetros determinam as condições de inicialização e o estado de funcionamento do laser semicondutor.
5. Potência e tensão: Medindo a potência, a tensão e a corrente do laser semicondutor em funcionamento, é possível traçar as curvas PV, PI e IV para compreender suas características de operação.

Princípio de funcionamento
1. Condições de ganho: Estabelece-se a distribuição de inversão dos portadores de carga no meio laser (região ativa). No semicondutor, a energia dos elétrons é representada por uma série de níveis de energia quase contínuos. Portanto, o número de elétrons na base da banda de condução, no estado de alta energia, deve ser muito maior do que o número de lacunas no topo da banda de valência, no estado de baixa energia entre as duas regiões de energia, para que se alcance a inversão do número de partículas. Isso é obtido aplicando-se uma polarização positiva à homojunção ou heterojunção e injetando-se os portadores necessários na camada ativa para excitar elétrons da banda de valência de menor energia para a banda de condução de maior energia. Quando um grande número de elétrons no estado de população de partículas invertida recombina com as lacunas, ocorre a emissão estimulada.
2. Para obter radiação estimulada coerente, a radiação estimulada deve ser realimentada diversas vezes no ressonador óptico para formar a oscilação do laser. O ressonador do laser é formado pela superfície de clivagem natural do cristal semicondutor, que atua como um espelho. Geralmente, a extremidade voltada para a luz é revestida com uma película dielétrica multicamadas de alta refletividade, enquanto a superfície lisa é revestida com uma película de reflexão reduzida. No caso do laser semicondutor de cavidade FP (cavidade Fabry-Perot), a cavidade FP pode ser facilmente construída utilizando-se o plano de clivagem natural perpendicular ao plano da junção pn do cristal.
(3) Para formar uma oscilação estável, o meio laser deve ser capaz de fornecer um ganho suficientemente grande para compensar a perda óptica causada pelo ressonador e a perda causada pela saída do laser da superfície da cavidade, e aumentar constantemente o campo de luz na cavidade. Isso requer uma injeção de corrente suficientemente forte, ou seja, deve haver inversão de número de partículas suficiente; quanto maior o grau de inversão de número de partículas, maior o ganho, ou seja, o requisito deve atender a uma determinada condição de limiar de corrente. Quando o laser atinge o limiar, a luz com um comprimento de onda específico pode ressoar na cavidade e ser amplificada, formando finalmente um laser com saída contínua.

Requisito de desempenho
1. Largura de banda e taxa de modulação: os lasers semicondutores e sua tecnologia de modulação são cruciais na comunicação óptica sem fio, e a largura de banda e a taxa de modulação afetam diretamente a qualidade da comunicação. Laser modulado internamente (laser modulado diretamenteÉ adequado para diferentes áreas na comunicação por fibra óptica devido à sua alta velocidade de transmissão e baixo custo.
2. Características espectrais e características de modulação: Lasers de feedback distribuído semicondutores (laser DFBOs ) tornaram-se uma importante fonte de luz na comunicação por fibra óptica e na comunicação óptica espacial devido às suas excelentes características espectrais e de modulação.
3. Custo e produção em massa: Os lasers semicondutores precisam ter as vantagens de baixo custo e produção em massa para atender às necessidades de produção e aplicações em larga escala.
4. Consumo de energia e confiabilidade: Em cenários de aplicação como centros de dados, os lasers semicondutores exigem baixo consumo de energia e alta confiabilidade para garantir uma operação estável a longo prazo.