Nguyên lý hoạt động củalaser bán dẫn
Trước hết, bài viết giới thiệu các yêu cầu về thông số kỹ thuật đối với laser bán dẫn, chủ yếu bao gồm các khía cạnh sau:
1. Hiệu suất quang điện: bao gồm tỷ lệ triệt tiêu, độ rộng vạch 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 ánh sáng, định nghĩa đầu hút, kích thước lắp đặt và kích thước tổng thể.
3. Bước sóng: Dải bước sóng của laser bán dẫn là 650~1650nm, và độ chính xác cao.
4. Dòng điện ngưỡng (Ith) và dòng điện hoạt động (Ip): 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 đang hoạt động, có thể vẽ các đường cong PV, PI và IV để hiểu đặc tính hoạt động của chúng.
Nguyên lý hoạt động
1. Điều kiện khuếch đại: Sự phân bố đảo ngược của các hạt tải điện trong môi trường phát laser (vùng hoạt động) được thiết lập. Trong chất bán dẫn, năng lượng của electron được biểu diễn bằng một chuỗi các mức năng lượng gần như liên tục. Do đó, số lượng electron ở đáy dải dẫn ở trạng thái năng lượng cao phải lớn hơn nhiều so với số lượng lỗ trống ở đỉnh 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 được thực hiện bằng cách đặt điện áp dương vào mối nối đồng chất hoặc dị chất và bơm các hạt tải điện cần thiết vào lớp hoạt động để kích thích electron từ dải hóa trị năng lượng thấp hơn lên dải dẫn năng lượng cao hơn. Khi một lượng lớn electron ở trạng thái phân bố hạt đảo ngược kết hợp với lỗ trống, hiện tượng phát xạ kích thích xảy ra.
2. Để thực sự thu được bức xạ kích thích kết hợp, bức xạ kích thích phải được phản hồi nhiều lần trong bộ cộng hưởng quang học để tạo thành dao động laser. Bộ cộng hưởng của laser được tạo thành từ bề mặt phân tách tự nhiên của tinh thể bán dẫn đóng vai trò như một gương, thường được phủ một lớp màng điện môi đa lớp có độ phản xạ cao ở đầu, và bề mặt nhẵn được phủ một lớp màng có độ phản xạ thấp. 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 tách tự nhiên vuông góc với mặt phẳng tiếp giáp pn của tinh thể.
(3) Để tạo thành dao động ổn định, môi trường laser phải có khả năng cung cấp độ khuếch đại đủ lớn để bù lại tổn thất quang học do bộ cộng hưởng gây ra và tổn thất do đầu ra laser từ bề mặt khoang, đồng thời liên tục tăng cường trường ánh sáng trong khoang. Điều này phải có dòng điện bơm đủ mạnh, tức là có đủ sự đảo ngược số lượng hạt, mức độ đảo ngược số lượng hạt càng cao thì độ khuếch đại càng lớn, tức 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 cộng hưởng trong khoang và được khuếch đại, cuối cùng tạo 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 rất quan trọng trong truyền thông quang không dây, và băng thông và tốc độ điều chế ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng truyền thông. Laser điều chế nội bộ (laser điều biến trực tiếp(Loại cáp quang này) phù hợp với nhiều lĩnh vực khác nhau trong truyền thông cáp quang nhờ tốc độ truyền tải cao và chi phí thấp.
2. Đặc tính quang phổ và đặc tính điều chế: Laser phản hồi phân bố bán dẫn (Laser DFBCác laser (H₂O, 6, 6, 7, 8, 8, 9, 10, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 18, 19, 11, 11, 11, 12, 13, 14, 14, 15, 16, 17, 18, 18, 18,
3. Chi phí và sản xuất hàng loạt: Laser bán dẫn cần có ưu điểm về chi phí thấp và sản xuất hàng loạt để đáp ứng nhu cầu sản xuất quy mô lớn và các ứng dụng.
4. Mức tiêu thụ điện năng và độ tin cậy: Trong các kịch bản 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 bài: 19/09/2024