Nguyên lý làm việc củalaser bán dẫn
Trước hết, các yêu cầu về thông số đối với laser bán dẫn được giới thiệu, chủ yếu bao gồm các khía cạnh sau:
1. Hiệu suất quang điện: bao gồm tỷ lệ tiêu quang, độ rộng vạch quang động và các thông số khác, các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của laser bán dẫn trong hệ thống truyền thông.
2. Các thông số cấu trúc: chẳng hạn như kích thước và cách bố trí đèn, định nghĩa đầu hút, kích thước lắp đặt và kích thước phác thảo.
3. Bước sóng: Phạm vi bước sóng của laser bán dẫn là 650~1650nm, độ chính xác cao.
4. Dòng điện ngưỡng (Ith) và dòng điện hoạt động (lop): Các thông số này xác định điều kiện khởi động và trạng thái hoạt động của laser bán dẫn.
5. Công suất và điện áp: Bằng cách đo công suất, điện áp và dòng điện của laser bán dẫn khi hoạt động, có thể vẽ các đường cong PV, PI và IV để hiểu được đặc điểm hoạt động của chúng.
Nguyên lý làm việc
1. Điều kiện khuếch đại: Phân bố đảo ngược của các hạt mang điện tích trong môi trường laser (vùng hoạt động) được thiết lập. Trong chất bán dẫn, năng lượng của các electron được biểu diễn bằng một chuỗi các mức năng lượng gần như liên tục. Do đó, số lượng electron ở đáy của dải dẫn ở trạng thái năng lượng cao phải lớn hơn nhiều so với số lượng lỗ trống ở đỉnh của dải hóa trị ở trạng thái năng lượng thấp giữa hai vùng dải năng lượng để đạt được sự đảo ngược số lượng hạt. Điều này đạt được bằng cách áp dụng một độ lệch dương cho giao thoa đồng loại hoặc giao thoa dị loại và đưa các hạt mang điện cần thiết vào lớp hoạt động để kích thích các electron từ dải hóa trị năng lượng thấp hơn lên dải dẫn năng lượng cao hơn. Khi một số lượng lớn các electron trong trạng thái quần thể hạt đảo ngược kết hợp lại với các lỗ trống, sự phát xạ kích thích xảy ra.
2. Để thực sự thu được bức xạ kích thích mạch lạc, bức xạ kích thích phải được phản hồi nhiều lần trong bộ cộng hưởng quang để tạo thành dao động laser, bộ cộng hưởng của laser được tạo thành bởi bề mặt phân cắt tự nhiên của tinh thể bán dẫn như một tấm gương, thường được mạ ở đầu ánh sáng bằng màng điện môi nhiều lớp phản xạ cao và bề mặt nhẵn được mạ bằng màng phản xạ giảm. Đối với laser bán dẫn khoang Fp (khoang Fabry-Perot), khoang FP có thể dễ dàng được xây dựng bằng cách sử dụng mặt phẳng phân cắt tự nhiên vuông góc với mặt phẳng tiếp giáp pn của tinh thể.
(3) Để tạo ra dao động ổn định, môi trường laser phải có khả năng cung cấp độ khuếch đại đủ lớn để bù cho tổn thất quang học do bộ cộng hưởng gây ra và tổn thất do đầu ra laser từ bề mặt khoang gây ra, đồng thời liên tục tăng trường ánh sáng trong khoang. Điều này phải có dòng điện tiêm đủ mạnh, nghĩa là có đủ sự đảo ngược số hạt, mức độ đảo ngược số hạt càng cao thì độ khuếch đại càng lớn, nghĩa là yêu cầu phải đáp ứng một điều kiện ngưỡng dòng điện nhất định. Khi laser đạt đến ngưỡng, ánh sáng có bước sóng cụ thể có thể được cộng hưởng trong khoang và được khuếch đại, cuối cùng hình thành laser và đầu ra liên tục.
Yêu cầu về hiệu suất
1. Băng thông và tốc độ điều chế: laser bán dẫn và công nghệ điều chế của chúng đóng vai trò quan trọng trong truyền thông quang không dây, băng thông và tốc độ điều chế ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng truyền thông. Laser điều chế bên trong (laser điều chế trực tiếp) phù hợp với nhiều lĩnh vực khác nhau trong truyền thông cáp quang vì tốc độ truyền dẫn cao và chi phí thấp.
2. Đặc điểm quang phổ và đặc điểm điều chế: Laser phản hồi phân tán bán dẫn(Tia laser DFB) đã trở thành nguồn sáng quan trọng trong truyền thông sợi quang và truyền thông quang học không gian do đặc tính quang phổ và đặc tính điều chế tuyệt vời của chúng.
3. Chi phí và sản xuất hàng loạt: Laser bán dẫn cần có ưu điểm là chi phí thấp và sản xuất hàng loạt để đáp ứng nhu cầu sản xuất và ứng dụng quy mô lớn.
4. Tiêu thụ điện năng và độ tin cậy: Trong các ứng dụng như trung tâm dữ liệu, laser bán dẫn yêu cầu mức tiêu thụ điện năng thấp và độ tin cậy cao để đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài.
Thời gian đăng: 19-09-2024