Principio de funcionamiento del láser semiconductor

Principio de funcionamiento deláser semiconductor

En primer lugar, se presentan los requisitos de parámetros para los láseres semiconductores, que incluyen principalmente los siguientes aspectos:
1. Rendimiento fotoeléctrico: incluyendo la relación de extinción, el ancho de línea dinámico y otros parámetros, estos parámetros afectan directamente el rendimiento de los láseres semiconductores en los sistemas de comunicación.
2. Parámetros estructurales: como el tamaño y la disposición de la luz, la definición del extremo de extracción, el tamaño de instalación y el tamaño del contorno.
3. Longitud de onda: El rango de longitud de onda del láser semiconductor es de 650 a 1650 nm, y la precisión es alta.
4. Corriente umbral (Ith) y corriente de operación (lop): Estos parámetros determinan las condiciones de arranque y el estado de funcionamiento del láser semiconductor.
5. Potencia y voltaje: Al medir la potencia, el voltaje y la corriente del láser semiconductor en funcionamiento, se pueden trazar curvas PV, PI e IV para comprender sus características de funcionamiento.

Principio de funcionamiento
1. Condiciones de ganancia: Se establece la inversión de la distribución de portadores de carga en el medio láser (región activa). En el semiconductor, la energía de los electrones se representa mediante una serie de niveles de energía casi continuos. Por lo tanto, para lograr la inversión del número de partículas, el número de electrones en el fondo de la banda de conducción (estado de alta energía) debe ser mucho mayor que el número de huecos en la parte superior de la banda de valencia (estado de baja energía entre las dos regiones de bandas de energía). Esto se consigue aplicando una polarización positiva a la homounión o heterounión e inyectando los portadores necesarios en la capa activa para excitar los electrones desde la banda de valencia (de menor energía) a la banda de conducción (de mayor energía). Cuando un gran número de electrones en el estado de población de partículas invertida se recombinan con los huecos, se produce la emisión estimulada.
2. Para obtener radiación estimulada coherente, esta debe retroalimentarse varias veces en el resonador óptico para generar la oscilación láser. El resonador se forma utilizando la superficie de clivaje natural del cristal semiconductor como espejo, generalmente recubierta en el extremo de la luz con una película dieléctrica multicapa de alta reflectancia, y la superficie lisa con una película de reflectancia reducida. En el caso del láser semiconductor de cavidad Fabry-Perot (FP), esta cavidad se puede construir fácilmente utilizando el plano de clivaje natural perpendicular al plano de la unión pn del cristal.
(3) Para generar una oscilación estable, el medio láser debe proporcionar una ganancia suficiente para compensar la pérdida óptica causada por el resonador y la pérdida causada por la salida del láser desde la superficie de la cavidad, e incrementar constantemente el campo luminoso en la cavidad. Esto requiere una inyección de corriente suficientemente fuerte, es decir, una inversión del número de partículas suficiente. Cuanto mayor sea el grado de inversión del número de partículas, mayor será la ganancia; es decir, debe cumplirse una condición de umbral de corriente determinada. Cuando el láser alcanza el umbral, la luz con una longitud de onda específica puede resonar en la cavidad y amplificarse, formando finalmente un láser con salida continua.

Requisito de rendimiento
1. Ancho de banda y velocidad de modulación: los láseres semiconductores y su tecnología de modulación son cruciales en la comunicación óptica inalámbrica, y el ancho de banda y la velocidad de modulación afectan directamente la calidad de la comunicación. Láser modulado internamente (láser modulado directamente) es adecuado para diferentes campos en la comunicación por fibra óptica debido a su transmisión de alta velocidad y bajo costo.
2. Características espectrales y de modulación: Láseres semiconductores de realimentación distribuida (Láser DFB) se han convertido en una importante fuente de luz en las comunicaciones por fibra óptica y en las comunicaciones ópticas espaciales debido a sus excelentes características espectrales y de modulación.
3. Costo y producción en masa: Los láseres semiconductores deben tener las ventajas de un bajo costo y una producción en masa para satisfacer las necesidades de la producción y las aplicaciones a gran escala.
4. Consumo de energía y confiabilidad: En escenarios de aplicación como los centros de datos, los láseres semiconductores requieren un bajo consumo de energía y una alta confiabilidad para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo.