Nguyên lý làm việc củalaser bán dẫn
Trước hết, các yêu cầu về thông số cho laser bán dẫn được giới thiệu, chủ yếu bao gồm các khía cạnh sau:
1. Hiệu suất quang điện: bao gồm tỷ lệ tắt, độ rộng đường truyền động và các thông số khác, những 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 sắp xếp ánh sáng, định nghĩa đầu trích xuất, kích thước lắp đặt và kích thước đường viền.
3. Bước sóng: Phạm vi bước sóng của laser bán dẫn là 650 ~ 1650nm và độ chính xác cao.
4. Dòng ngưỡng (Ith) và dòng điện hoạt động (lop): Các thông số này xác định điều kiện khởi động và trạng thái làm việc 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 làm việc, có thể vẽ các đường cong PV, PI và IV để hiểu đặc tính làm việc của chúng.
Nguyên tắc làm việc
1. Điều kiện khuếch đại: Sự phân bố đảo ngược của các hạt mang điện trong môi trường phát laser (vùng tích cực) được thiết lập. Trong chất bán dẫn, năng lượng của electron được biểu thị bằng một chuỗi các mức năng lượng gần như liên tục. Do đó, số electron ở đáy vùng dẫn ở trạng thái năng lượng cao phải lớn hơn nhiều so với số lượng lỗ trống ở đỉnh vùng hóa trị ở trạng thái năng lượng thấp giữa hai vùng vùng năng lượng để đạt được sự nghịch đảo của số hạt. Điều này đạt được bằng cách áp dụng độ lệch dương cho tiếp xúc đồng hợp hoặc dị thể và bơm các chất mang cần thiết vào lớp hoạt động để kích thích các electron từ dải hóa trị năng lượng thấp hơn đến dải dẫn năng lượng cao hơn. Khi một số lượng lớn các electron ở trạng thái quần thể hạt đảo ngược kết hợp lại với các lỗ trống, sự phát xạ kích thích sẽ xảy ra.
2. Để thực sự thu được bức xạ kích thích kết hợp, bức xạ kích thích phải được đưa trở lại nhiều lần trong bộ cộng hưởng quang để tạo thành dao động laser, bộ cộng hưởng của laser được hình thành bởi bề mặt phân cắt tự nhiên của tinh thể bán dẫn như một tấm gương, thường là ở đầu đèn được mạ một lớp màng điện môi đa lớp có độ phản xạ cao, bề mặt nhẵn được mạ một lớp màng phản xạ giảm. Đối với laser bán dẫn khoang Fp (khoang Fabry-Perot), khoang FP có thể được chế tạo dễ dàng bằng cách sử dụng mặt phẳng phân cắt tự nhiên vuông góc với mặt phẳng tiếp giáp pn của tinh thể.
(3) Để hình thành dao động ổn định, môi trường laser phải có khả năng cung cấp mức tăng 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 và không ngừng tăng trường ánh sáng trong hộp. Điều này phải có dòng điện phun đủ mạnh, tức là có đủ nghịch đảo số lượng hạt, mức độ nghịch đảo số lượng hạt càng cao thì mức tăng càng lớn, nghĩa là yêu cầu phải đáp ứng một điều kiện ngưỡng hiện tại nhất định. Khi tia laser đạt đến ngưỡng, ánh sáng có bước sóng cụ thể có thể được cộng hưởng trong khoang và khuếch đại, cuối cùng tạo thành tia 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 rất 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 các lĩnh vực khác nhau trong truyền thông cáp quang vì tốc độ truyền cao và chi phí thấp.
2. Đặc điểm quang phổ và đặc điểm điều chế: Laser phản hồi phân tán bán dẫn (Laser DFB) đã trở thành nguồn sáng quan trọng trong truyền thông sợi quang và truyền thông quang học không gian vì 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 tình huống 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