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: tales como tamaño y disposición de la luz, 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 de funcionamiento (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 trazar las curvas PV, PI e IV para comprender sus características de funcionamiento.

Principio de funcionamiento
1. Condiciones de ganancia: Se establece la distribución de inversión 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, 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 bandas de energía para lograr la inversión del 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 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 oscilación láser. El resonador láser se forma mediante la superficie de clivaje natural del cristal semiconductor, que actúa como espejo. Generalmente, el extremo de la luz está recubierto con una película dieléctrica multicapa de alta reflectancia, mientras que la superficie lisa está recubierta con una película de baja reflectancia. En el caso del láser semiconductor de cavidad Fabry-Perot (FP), la cavidad FP se puede construir fácilmente utilizando el plano de clivaje natural perpendicular al plano de la unión pn del cristal.
(3) Para formar una oscilación estable, el medio láser debe proporcionar una ganancia suficientemente grande para compensar la pérdida óptica causada por el resonador y la pérdida causada por la salida del láser de la superficie de la cavidad, e incrementar constantemente el campo de luz en la cavidad. Esto requiere una inyección de corriente 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 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 de 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 semiconductores (láser DFB) se han convertido en una importante fuente de luz en la comunicación por fibra óptica y la comunicación óptica espacial debido a sus excelentes características espectrales y de modulación.
3. Coste y producción en masa: Los láseres semiconductores deben tener las ventajas de un bajo coste y una producción en masa para satisfacer las necesidades de la producción y las aplicaciones a gran escala.
4. Consumo de energía y fiabilidad: En escenarios de aplicación como los centros de datos, los láseres semiconductores requieren un bajo consumo de energía y una alta fiabilidad para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo.