Princípio de funcionamento do laser semicondutor

Princípio de funcionamento delaser semicondutor

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

Princípio de funcionamento
1. Condições de ganho: A distribuição de inversão dos portadores de carga no meio lasing (região ativa) é estabelecida. No semicondutor, a energia dos elétrons é representada por uma série de níveis de energia quase contínuos. Portanto, o número de elétrons na parte inferior 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 da banda de energia para conseguir a inversão de o número de partículas. Isto é conseguido aplicando uma polarização positiva à homojunção ou heterojunção e injetando os transportadores necessários na camada ativa para excitar elétrons da banda de valência de energia mais baixa para a banda de condução de energia mais alta. Quando um grande número de elétrons no estado invertido da população de partículas se recombina com buracos, ocorre a emissão estimulada.
2. Para realmente obter radiação estimulada coerente, a radiação estimulada deve ser realimentada várias vezes no ressonador óptico para formar a oscilação do laser, o ressonador do laser é formado pela superfície de clivagem natural do cristal semicondutor como um espelho, geralmente revestido na extremidade da luz com um filme dielétrico multicamadas de alta reflexão, e a superfície lisa é revestida com um filme de reflexão reduzida. Para o laser semicondutor de cavidade Fp (cavidade Fabry-Perot), a cavidade FP pode ser facilmente construída usando o plano de clivagem natural perpendicular ao plano de junção pn do cristal.
(3) Para formar uma oscilação estável, o meio laser deve ser capaz de fornecer um ganho grande o suficiente 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. Este deve ter uma injeção de corrente suficientemente forte, ou seja, há inversão do número de partículas suficiente, quanto maior o grau de inversão do número de partículas, maior o ganho, ou seja, o requisito deve atender a uma determinada condição de limite de corrente. Quando o laser atinge o limiar, a luz com um comprimento de onda específico pode ressoar na cavidade e amplificada e, finalmente, formar um laser e uma 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 diretamente modulado) é adequado para diferentes campos de comunicação por fibra óptica devido à sua transmissão de alta velocidade e baixo custo.
2. Características espectrais e características de modulação: Lasers de feedback distribuídos de semicondutores (Laser DFB) tornaram-se uma importante fonte de luz na comunicação por fibra óptica e na comunicação óptica espacial devido às suas excelentes características espectrais e características 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 grande escala.
4. Consumo de energia e confiabilidade: Em cenários de aplicação como data centers, os lasers semicondutores exigem baixo consumo de energia e alta confiabilidade para garantir uma operação estável a longo prazo.