مبدأ عملليزر أشباه الموصلات
أولاً، يتم تقديم متطلبات المعلمات الخاصة بليزر أشباه الموصلات، والتي تتضمن بشكل أساسي الجوانب التالية:
1. الأداء الكهروضوئي: بما في ذلك نسبة الانقراض وعرض الخط الديناميكي والمعلمات الأخرى، تؤثر هذه المعلمات بشكل مباشر على أداء الليزر أشباه الموصلات في أنظمة الاتصالات.
2. المعلمات الهيكلية: مثل حجم الإضاءة والترتيب، وتحديد نهاية الاستخراج، وحجم التثبيت وحجم المخطط التفصيلي.
3. الطول الموجي: يتراوح الطول الموجي لليزر شبه الموصل بين 650 إلى 1650 نانومتر، ودقته عالية.
4. تيار العتبة (Ith) وتيار التشغيل (lop): تحدد هذه المعلمات ظروف بدء التشغيل وحالة عمل الليزر شبه الموصل.
5. الطاقة والجهد: من خلال قياس الطاقة والجهد والتيار لليزر شبه الموصل أثناء العمل، يمكن رسم منحنيات PV وPI وIV لفهم خصائص عملها.
مبدأ العمل
١. شروط الكسب: يُحدَّد توزيع عكسي لحاملات الشحنة في وسط الليزر (المنطقة النشطة). في أشباه الموصلات، تُمثَّل طاقة الإلكترونات بسلسلة من مستويات الطاقة شبه المتصلة. لذلك، يجب أن يكون عدد الإلكترونات في أسفل نطاق التوصيل في حالة الطاقة العالية أكبر بكثير من عدد الثقوب في أعلى نطاق التكافؤ في حالة الطاقة المنخفضة بين منطقتي نطاق الطاقة لتحقيق عكس عدد الجسيمات. يتحقق ذلك بتطبيق انحياز موجب على الوصلة المتجانسة أو غير المتجانسة وحقن حاملات الشحنة اللازمة في الطبقة النشطة لإثارة الإلكترونات من نطاق التكافؤ منخفض الطاقة إلى نطاق التوصيل عالي الطاقة. عندما يتحد عدد كبير من الإلكترونات في حالة تعداد الجسيمات المعكوسة مع الثقوب، يحدث الانبعاث المحفز.
٢. للحصول على إشعاع مُحفَّز متماسك، يجب إرجاع الإشعاع المُحفَّز عدة مرات إلى الرنان البصري لتكوين تذبذب ليزري. يتكون رنان الليزر من سطح الانشطار الطبيعي للبلورة شبه الموصلة كمرآة، وعادةً ما يُطلى طرف الضوء بغشاء عازل متعدد الطبقات عالي الانعكاس، ويُطلى السطح الأملس بغشاء مُخفَّض الانعكاس. بالنسبة لليزر شبه الموصل ذي تجويف Fp (تجويف فابري-بيرو)، يُمكن إنشاء تجويف FP بسهولة باستخدام مستوى الانشطار الطبيعي العمودي على مستوى الوصلة pn للبلورة.
(3) لتحقيق تذبذب مستقر، يجب أن يوفر وسط الليزر مكسبًا كافيًا لتعويض الفقد البصري الناتج عن الرنان والفقد الناتج عن خرج الليزر من سطح التجويف، مع زيادة مستمرة في مجال الضوء في التجويف. يجب أن يكون هذا الحقن قويًا بما يكفي من التيار، أي أن هناك انعكاسًا كافيًا لعدد الجسيمات. كلما زادت درجة انعكاس عدد الجسيمات، زاد المكسب، أي يجب أن يلبي الشرط شرط عتبة تيار معين. عندما يصل الليزر إلى العتبة، يمكن رنين ضوء بطول موجي محدد في التجويف وتضخيمه، ليشكل في النهاية ليزرًا ومخرجًا مستمرًا.
متطلبات الأداء
١. عرض نطاق التضمين ومعدله: تُعد ليزرات أشباه الموصلات وتقنية التضمين الخاصة بها أساسية في الاتصالات الضوئية اللاسلكية، ويؤثر عرض نطاق التضمين ومعدله بشكل مباشر على جودة الاتصال. ليزر مُعدّل داخليًا (ليزر معدل مباشرة) مناسب لمجالات مختلفة في اتصالات الألياف الضوئية بسبب سرعة نقله العالية وتكلفته المنخفضة.
2. الخصائص الطيفية وخصائص التعديل: ليزر التغذية الراجعة الموزعة لأشباه الموصلات (ليزر DFB) أصبحت مصدر ضوء مهم في الاتصالات بالألياف الضوئية والاتصالات الضوئية الفضائية بسبب خصائصها الطيفية وخصائص التعديل الممتازة.
3. التكلفة والإنتاج الضخم: تحتاج ليزرات أشباه الموصلات إلى مزايا التكلفة المنخفضة والإنتاج الضخم لتلبية احتياجات الإنتاج والتطبيقات على نطاق واسع.
4. استهلاك الطاقة والموثوقية: في سيناريوهات التطبيق مثل مراكز البيانات، تتطلب أشعة الليزر شبه الموصلة استهلاكًا منخفضًا للطاقة وموثوقية عالية لضمان التشغيل المستقر على المدى الطويل.
وقت النشر: ١٩ سبتمبر ٢٠٢٤