Principio de funcionamiento del láser semiconductor.

Principio de funcionamiento deláser semiconductor

En primer lugar, se introducen los requisitos de parámetros para los láseres semiconductores, que incluyen principalmente los siguientes aspectos:
1. Rendimiento fotoeléctrico: incluido el índice 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 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 operativa (lop): estos parámetros determinan las condiciones de arranque y el estado de funcionamiento del láser semiconductor.
5. Potencia y voltaje: midiendo 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 trabajo.

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 está representada por una serie de niveles de energía casi continuos. Por lo tanto, 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 la banda de energía para lograr la inversión de el número de partículas. Esto se logra aplicando una polarización positiva a la homounión o heterounión e inyectando los portadores necesarios en la capa activa para excitar electrones desde la banda de valencia de menor energía a la banda de conducción de mayor energía. Cuando una gran cantidad de electrones en el estado de población de partículas invertida se recombinan con huecos, se produce una emisión estimulada.
2. Para obtener realmente una radiación estimulada coherente, la radiación estimulada debe retroalimentarse varias veces en el resonador óptico para formar una oscilación del láser; el resonador del láser está formado por la superficie de escisión natural del cristal semiconductor como un espejo, generalmente El extremo de la luz se recubre con una película dieléctrica multicapa de alta reflexión y la superficie lisa se recubre con una película de reflexión reducida. Para el láser semiconductor de cavidad Fp (cavidad de Fabry-Perot), la cavidad FP se puede construir fácilmente utilizando el plano de escisión natural perpendicular al plano de unión pn del cristal.
(3) Para formar una oscilación estable, el medio láser debe poder proporcionar una ganancia lo suficientemente grande para compensar la pérdida óptica causada por el resonador y la pérdida causada por la salida del láser desde la superficie de la cavidad, y aumentar constantemente la campo de luz en la cavidad. Esto debe tener una inyección de corriente lo suficientemente fuerte, es decir, hay suficiente inversión del número de partículas, cuanto mayor sea el grado de inversión del número de partículas, mayor será la ganancia, es decir, el requisito debe cumplir con una determinada condición de umbral de corriente. Cuando el láser alcanza el umbral, la luz con una longitud de onda específica puede resonar en la cavidad y amplificarse, y finalmente formar 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 directamente modulado) es adecuado para diferentes campos de 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 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 centros de datos, los láseres semiconductores requieren un bajo consumo de energía y una alta confiabilidad para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo.