Principio de funcionamiento deláser semiconductor
En primer lugar, se introducen los requisitos de parámetros para los láseres semiconductores, incluidos principalmente los siguientes aspectos:
1. Rendimiento fotoeléctrico: incluye 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 tamaño y disposición luminosa, definición del extremo de extracción, tamaño de la instalación y tamaño del contorno.
3. Longitud de onda: El rango de longitud de onda del láser semiconductor es de 650 ~ 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 trabajo del láser semiconductor.
5. Potencia y voltaje: Al medir la potencia, el voltaje y la corriente del láser semiconductor en funcionamiento, se pueden dibujar curvas PV, PI y IV para comprender sus características de funcionamiento.
Principio de funcionamiento
1. Condiciones de ganancia: Se establece la distribución de inversión de los 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 la parte inferior de la banda de conducción en el estado de alta energía debe ser mucho mayor que el número de huecos en la parte superior de la banda de valencia en el estado de baja energía entre las dos regiones de banda de energía. Esto se logra aplicando una polarización positiva a la homojunción o heterojunción 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 invertido se recombina con huecos, se produce la emisión estimulada.
2. Para obtener una radiación estimulada coherente, esta debe retroalimentarse varias veces en el resonador óptico para generar la oscilación láser. El resonador láser se forma mediante la superficie de clivaje natural del cristal semiconductor, que actúa como un espejo, generalmente recubierto en el extremo de la luz con una película dieléctrica multicapa de alta reflexión, y la superficie lisa se recubre con una película de baja reflexión. En el láser semiconductor de cavidad Fp (cavidad de Fabry-Perot), la cavidad FP 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 láser de la superficie de la cavidad, y aumentar constantemente el campo luminoso en la cavidad. Esto requiere una inyección de corriente lo suficientemente fuerte, es decir, una inversión de número de partículas suficiente. Cuanto mayor sea el grado de inversión de número de partículas, mayor será la ganancia; es decir, se debe cumplir un umbral de corriente determinado. 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 y una salida continua.
Requisito de desempeño
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 características de modulación: Láseres de retroalimentación distribuida de semiconductores (Láser DFB) se han convertido en una fuente de luz importante 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 bajo costo y producción en masa para satisfacer las necesidades de producción y aplicaciones a gran escala.
4. Consumo de energía y confiabilidad: En escenarios de aplicación como centros de datos, los láseres semiconductores requieren un bajo consumo de energía y una alta confiabilidad para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo.
Hora de publicación: 19 de septiembre de 2024