Pooljuhtlaseri tööpõhimõte

Tööpõhimõtepooljuhtlaser

Esiteks tutvustatakse pooljuhtlaserite parameetrite nõudeid, mis hõlmavad peamiselt järgmisi aspekte:
1. Fotoelektriline jõudlus: sealhulgas ekstinktsioonisuhe, dünaamiline joone laius ja muud parameetrid, mõjutavad need parameetrid otseselt pooljuhtlaserite jõudlust sidesüsteemides.
2. Struktuurilised parameetrid: näiteks valgustugevus ja paigutus, väljatõmbeotsa määratlus, paigaldussuurus ja kontuuri suurus.
3. Lainepikkus: Pooljuhtlaseri lainepikkuste vahemik on 650–1650 nm ja täpsus on kõrge.
4. Lävivool (Ith) ja töövool (lop): Need parameetrid määravad pooljuhtlaseri käivitustingimused ja tööoleku.
5. Võimsus ja pinge: Pooljuhtlaseri võimsuse, pinge ja voolu mõõtmise abil saab töö käigus joonistada PV-, PI- ja IV-kõveraid, et mõista nende tööomadusi.

Tööpõhimõte
1. Võimendustingimused: Laengukandjate inversioonijaotus laserkeskkonnas (aktiivses piirkonnas) on kindlaks määratud. Pooljuhtides esindab elektronide energiat peaaegu pidevate energiatasemete seeria. Seetõttu peab kõrge energiaga olekus juhtivustsooni allosas olevate elektronide arv olema palju suurem kui madala energiaga olekus valentsustsooni ülaosas olevate aukude arv kahe energiaga tsooni piirkonna vahel, et saavutada osakeste arvu inversioon. See saavutatakse homo- või heterosiirdele positiivse eelpinge rakendamisega ja vajalike laengukandjate süstimisega aktiivkihti, et ergastada elektrone madalama energiaga valentsustsoonist kõrgema energiaga juhtivustsooni. Kui suur hulk elektrone pöördpartiklite populatsiooni olekus rekombineerub aukudega, toimub stimuleeritud emissioon.
2. Selleks, et tegelikult saada koherentset stimuleeritud kiirgust, tuleb stimuleeritud kiirgust optilises resonaatoris mitu korda tagasi suunata, et moodustada laseri võnkumine. Laseri resonaator moodustub pooljuhtkristalli loomulikust lõhenemispinnast peeglina, mis on tavaliselt valguse otsas kaetud suure peegeldusega mitmekihilise dielektrilise kilega ja sile pind on kaetud vähendatud peegeldusega kilega. Fp-õõnsusega (Fabry-Peroti õõnsusega) pooljuhtlaseri puhul saab FP-õõnsuse hõlpsalt konstrueerida, kasutades kristalli pn-siirde tasapinnaga risti olevat loomulikku lõhenemistasandit.
(3) Stabiilse võnkumise tekitamiseks peab laserkeskkond suutma pakkuda piisavalt suurt võimendust, et kompenseerida resonaatori tekitatud optilist kadu ja õõnsuse pinnalt laseri väljundist tulenevat kadu ning pidevalt suurendada õõnsuse valgusvälja. Sellel peab olema piisavalt tugev voolusüst, st osakeste arvu inversioon on piisav. Mida suurem on osakeste arvu inversiooni aste, seda suurem on võimendus, st nõue peab vastama teatud voolu läviväärtusele. Kui laser jõuab läveni, saab kindla lainepikkusega valgust õõnsuses resoneerida ja võimendada ning lõpuks moodustada laseri ja pideva väljundi.

Toimivusnõue
1. Modulatsiooni ribalaius ja kiirus: pooljuhtlaserid ja nende modulatsioonitehnoloogia on traadita optilise side puhul üliolulised ning modulatsiooni ribalaius ja kiirus mõjutavad otseselt side kvaliteeti. Sisemiselt moduleeritud laser (otsemoduleeritud laser) sobib optilise kiu kommunikatsiooni erinevatesse valdkondadesse tänu oma kiirele edastuskiirusele ja madalale hinnale.
2. Spektraalsed omadused ja modulatsiooniomadused: pooljuhtide hajutatud tagasisidelaserid (DFB-laser) on oma suurepäraste spektraalsete omaduste ja modulatsiooniomaduste tõttu muutunud oluliseks valgusallikaks optilise kiu kommunikatsioonis ja kosmose optilises kommunikatsioonis.
3. Kulud ja masstootmine: pooljuhtlaserid peavad olema madala hinna ja masstootmise eelistega, et rahuldada suuremahulise tootmise ja rakenduste vajadusi.
4. Energiatarve ja töökindlus: Rakendusstsenaariumides, näiteks andmekeskustes, vajavad pooljuhtlaserid pikaajalise stabiilse töö tagamiseks väikest energiatarvet ja suurt töökindlust.