مبدأ عمل ليزر أشباه الموصلات

مبدأ العملليزر أشباه الموصلات

في البداية، تم تقديم متطلبات المعلمات لليزر أشباه الموصلات، بما في ذلك بشكل أساسي الجوانب التالية:
1. الأداء الكهروضوئي: بما في ذلك نسبة الانقراض وعرض الخط الديناميكي والمعلمات الأخرى، تؤثر هذه المعلمات بشكل مباشر على أداء ليزر أشباه الموصلات في أنظمة الاتصالات.
2. المعلمات الهيكلية: مثل حجم وترتيب الإضاءة، وتعريف نهاية الاستخراج، وحجم التثبيت وحجم المخطط التفصيلي.
3. الطول الموجي: نطاق الطول الموجي لليزر أشباه الموصلات هو 650~1650nm، والدقة عالية.
4. تيار العتبة (Ith) وتيار التشغيل (lop): تحدد هذه المعلمات ظروف بدء التشغيل وحالة عمل ليزر أشباه الموصلات.
5. الطاقة والجهد: من خلال قياس الطاقة والجهد والتيار لليزر أشباه الموصلات أثناء العمل، يمكن رسم منحنيات PV وPI وIV لفهم خصائص عملها.

مبدأ العمل
1. شروط الكسب: تم ​​إنشاء توزيع الانعكاس لحاملات الشحنة في وسط الليزر (المنطقة النشطة). في أشباه الموصلات، يتم تمثيل طاقة الإلكترونات بسلسلة من مستويات الطاقة المستمرة تقريبًا. لذلك، يجب أن يكون عدد الإلكترونات الموجودة في الجزء السفلي من نطاق التوصيل في حالة الطاقة العالية أكبر بكثير من عدد الثقوب الموجودة في الجزء العلوي من نطاق التكافؤ في حالة الطاقة المنخفضة بين منطقتي نطاق الطاقة لتحقيق الانقلاب رقم الجسيم. يتم تحقيق ذلك من خلال تطبيق انحياز إيجابي على الوصلة المتجانسة أو الوصلة غير المتجانسة وحقن الموجات الحاملة اللازمة في الطبقة النشطة لإثارة الإلكترونات من نطاق تكافؤ الطاقة الأقل إلى نطاق توصيل الطاقة الأعلى. عندما يتحد عدد كبير من الإلكترونات في حالة تجمع الجسيمات المعكوسة مع الثقوب، يحدث الانبعاث المحفز.
2. من أجل الحصول فعليًا على إشعاع محفز متماسك، يجب إعادة تغذية الإشعاع المحفز عدة مرات في المرنان البصري لتكوين تذبذب الليزر، ويتكون مرنان الليزر من سطح الانقسام الطبيعي لبلورة أشباه الموصلات كمرآة، عادة مطلي في نهاية الضوء بطبقة عازلة متعددة الطبقات عالية الانعكاس، والسطح الأملس مطلي بطبقة انعكاس منخفضة. بالنسبة إلى ليزر أشباه الموصلات لتجويف Fp (تجويف Fabry-Perot)، يمكن إنشاء تجويف FP بسهولة باستخدام مستوى الانقسام الطبيعي المتعامد مع مستوى الوصلة pn للبلورة.
(3) من أجل تشكيل تذبذب مستقر، يجب أن يكون وسط الليزر قادرًا على توفير كسب كبير بما يكفي للتعويض عن الخسارة البصرية الناجمة عن المرنان والخسارة الناجمة عن إخراج الليزر من سطح التجويف، وزيادة باستمرار مجال الضوء في التجويف. يجب أن يحتوي هذا على حقن تيار قوي بما فيه الكفاية، أي أن هناك ما يكفي من انعكاس رقم الجسيمات، وكلما ارتفعت درجة انعكاس رقم الجسيمات، زاد الكسب، أي أن المتطلبات يجب أن تستوفي شرط عتبة تيار معين. عندما يصل الليزر إلى العتبة، يمكن أن يتردد صدى الضوء ذو الطول الموجي المحدد في التجويف ويتضخم، ليشكل في النهاية ليزرًا ومخرجًا مستمرًا.

متطلبات الأداء
1. عرض النطاق الترددي ومعدل التعديل: تعتبر ليزرات أشباه الموصلات وتقنية التعديل الخاصة بها أمرًا بالغ الأهمية في الاتصالات الضوئية اللاسلكية، ويؤثر عرض النطاق الترددي ومعدل التعديل بشكل مباشر على جودة الاتصال. الليزر المشكل داخليا (الليزر المعدل مباشرة) مناسب لمختلف مجالات اتصالات الألياف الضوئية بسبب سرعة نقلها العالية وتكلفتها المنخفضة.
2. الخصائص الطيفية وخصائص التعديل: أشعة الليزر المرتدة الموزعة لأشباه الموصلات (ليزر دي اف بي) أصبحت مصدرًا مهمًا للضوء في اتصالات الألياف الضوئية والاتصالات البصرية الفضائية بسبب خصائصها الطيفية الممتازة وخصائص التعديل.
3. التكلفة والإنتاج الضخم: يجب أن تتمتع أشعة ليزر أشباه الموصلات بمزايا التكلفة المنخفضة والإنتاج الضخم لتلبية احتياجات الإنتاج والتطبيقات واسعة النطاق.
4. استهلاك الطاقة والموثوقية: في سيناريوهات التطبيقات مثل مراكز البيانات، تتطلب أشعة الليزر شبه الموصلة استهلاكًا منخفضًا للطاقة وموثوقية عالية لضمان تشغيل مستقر على المدى الطويل.