Funktionsprinzip eines Halbleiterlasers

Funktionsprinzip vonHalbleiterlaser

Zunächst werden die Parameteranforderungen für Halbleiterlaser vorgestellt, die im Wesentlichen folgende Aspekte umfassen:
1. Photoelektrische Leistung: Diese Parameter einschließlich Extinktionsverhältnis, dynamischer Linienbreite und anderer Parameter wirken sich direkt auf die Leistung von Halbleiterlasern in Kommunikationssystemen aus.
2. Strukturelle Parameter: wie leuchtende Größe und Anordnung, Definition des Absaugendes, Installationsgröße und Umrissgröße.
3. Wellenlänge: Der Wellenlängenbereich des Halbleiterlasers beträgt 650 bis 1650 nm und die Genauigkeit ist hoch.
4. Schwellenstrom (Ith) und Betriebsstrom (lop): Diese Parameter bestimmen die Startbedingungen und den Arbeitszustand des Halbleiterlasers.
5. Leistung und Spannung: Durch Messung der Leistung, Spannung und des Stroms des Halbleiterlasers im Betrieb können PV-, PI- und IV-Kurven erstellt werden, um deren Arbeitseigenschaften zu verstehen.

Funktionsprinzip
1. Verstärkungsbedingungen: Die Inversionsverteilung der Ladungsträger im Lasermedium (aktiver Bereich) wird hergestellt. Im Halbleiter wird die Energie der Elektronen durch eine Reihe nahezu kontinuierlicher Energieniveaus dargestellt. Daher muss die Anzahl der Elektronen am unteren Ende des Leitungsbands im Hochenergiezustand viel größer sein als die Anzahl der Löcher am oberen Ende des Valenzbands im Niedrigenergiezustand zwischen den beiden Energiebandbereichen, um die Inversion zu erreichen die Teilchenzahl. Dies wird erreicht, indem eine positive Vorspannung an den Homo- oder Heteroübergang angelegt und die notwendigen Ladungsträger in die aktive Schicht injiziert werden, um Elektronen aus dem Valenzband niedrigerer Energie in das Leitungsband höherer Energie anzuregen. Wenn eine große Anzahl von Elektronen im umgekehrten Zustand der Teilchenpopulation mit Löchern rekombiniert, kommt es zu stimulierter Emission.
2. Um tatsächlich kohärente stimulierte Strahlung zu erhalten, muss die stimulierte Strahlung mehrmals in den optischen Resonator zurückgekoppelt werden, um eine Laserschwingung zu bilden. Der Resonator des Lasers wird normalerweise durch die natürliche Spaltfläche des Halbleiterkristalls als Spiegel gebildet Das Ende der Leuchte ist mit einem mehrschichtigen dielektrischen Film mit hoher Reflexion überzogen, und die glatte Oberfläche ist mit einem Film mit reduzierter Reflexion überzogen. Für den Fp-Hohlraum (Fabry-Perot-Hohlraum)-Halbleiterlaser kann der FP-Hohlraum leicht konstruiert werden, indem die natürliche Spaltungsebene senkrecht zur pn-Übergangsebene des Kristalls verwendet wird.
(3) Um eine stabile Schwingung zu erzeugen, muss das Lasermedium in der Lage sein, eine Verstärkung bereitzustellen, die groß genug ist, um den durch den Resonator verursachten optischen Verlust und den durch die Laserleistung von der Hohlraumoberfläche verursachten Verlust zu kompensieren und die kontinuierlich zu erhöhen Lichtfeld im Hohlraum. Dies muss über eine ausreichend starke Strominjektion verfügen, das heißt, es gibt genügend Partikelzahlinversion. Je höher der Grad der Partikelzahlinversion, desto größer ist die Verstärkung, das heißt, die Anforderung muss eine bestimmte Stromschwellenbedingung erfüllen. Wenn der Laser den Schwellenwert erreicht, kann Licht mit einer bestimmten Wellenlänge im Hohlraum in Resonanz gebracht und verstärkt werden, um schließlich einen Laser mit kontinuierlicher Ausgabe zu bilden.

Leistungsanforderung
1. Modulationsbandbreite und -rate: Halbleiterlaser und ihre Modulationstechnologie sind in der drahtlosen optischen Kommunikation von entscheidender Bedeutung, und die Modulationsbandbreite und -rate wirken sich direkt auf die Kommunikationsqualität aus. Intern modulierter Laser (direkt modulierter Laser) eignet sich aufgrund seiner Hochgeschwindigkeitsübertragung und geringen Kosten für verschiedene Bereiche der Glasfaserkommunikation.
2. Spektrale Eigenschaften und Modulationseigenschaften: Halbleiter-Distributed-Feedback-Laser(DFB-Laser) sind aufgrund ihrer hervorragenden spektralen Eigenschaften und Modulationseigenschaften zu einer wichtigen Lichtquelle in der Glasfaserkommunikation und der optischen Weltraumkommunikation geworden.
3. Kosten und Massenproduktion: Halbleiterlaser müssen die Vorteile niedriger Kosten und Massenproduktion aufweisen, um den Anforderungen einer Großserienproduktion und -anwendungen gerecht zu werden.
4. Stromverbrauch und Zuverlässigkeit: In Anwendungsszenarien wie Rechenzentren erfordern Halbleiterlaser einen geringen Stromverbrauch und eine hohe Zuverlässigkeit, um einen langfristig stabilen Betrieb zu gewährleisten.