اصل کار لیزر نیمه هادی

اصل کار ازلیزر نیمه هادی

اول از همه، پارامترهای مورد نیاز برای لیزرهای نیمه هادی معرفی می شوند که عمدتاً شامل جنبه های زیر است:
1. عملکرد فوتوالکتریک: از جمله نسبت خاموشی، پهنای خط دینامیکی و سایر پارامترها، این پارامترها به طور مستقیم بر عملکرد لیزرهای نیمه هادی در سیستم های ارتباطی تأثیر می گذارند.
2. پارامترهای ساختاری: مانند اندازه و آرایش نورانی، تعریف انتهای استخراج، اندازه نصب و اندازه طرح.
3. طول موج: محدوده طول موج لیزر نیمه هادی 650 ~ 1650 نانومتر است و دقت بالا است.
4. جریان آستانه (Ith) و جریان عامل (lop): این پارامترها شرایط راه اندازی و وضعیت کار لیزر نیمه هادی را تعیین می کنند.
5. توان و ولتاژ: با اندازه گیری توان، ولتاژ و جریان لیزر نیمه هادی در محل کار، می توان منحنی های PV، PI و IV را ترسیم کرد تا ویژگی های کاری آنها را درک کرد.

اصل کار
1. شرایط بهره: توزیع وارونگی حامل های بار در محیط لیزر (منطقه فعال) برقرار است. در نیمه هادی، انرژی الکترون ها با یک سری سطوح انرژی تقریباً پیوسته نشان داده می شود. بنابراین، تعداد الکترون‌های پایین نوار رسانش در حالت انرژی بالا باید بسیار بیشتر از تعداد حفره‌های بالای نوار ظرفیت در حالت کم انرژی بین دو ناحیه باند انرژی باشد تا وارونگی به دست آید. عدد ذره این با اعمال یک بایاس مثبت به همجنس یا هتروجانکشن و تزریق حامل های لازم به لایه فعال برای برانگیختن الکترون ها از باند ظرفیت انرژی پایین تر به نوار رسانش انرژی بالاتر به دست می آید. هنگامی که تعداد زیادی الکترون در حالت جمعیت ذره معکوس با حفره ها ترکیب می شوند، انتشار تحریک شده رخ می دهد.
2. برای به دست آوردن واقعی تابش تحریک شده منسجم، تابش تحریک شده باید چندین بار در تشدید کننده نوری برگشت داده شود تا نوسان لیزر ایجاد شود، تشدید کننده لیزر توسط سطح برش طبیعی کریستال نیمه هادی به عنوان یک آینه تشکیل می شود، معمولاً در انتهای نور با یک فیلم دی الکتریک چند لایه بازتابی بالا پوشانده شده است و سطح صاف با یک فیلم بازتاب کاهش یافته اندود شده است. برای لیزر نیمه هادی حفره Fp (حفره Fabry-Perot)، حفره FP را می توان به راحتی با استفاده از صفحه برش طبیعی عمود بر صفحه اتصال pn کریستال ساخت.
(3) به منظور تشکیل یک نوسان پایدار، محیط لیزر باید بتواند بهره کافی بزرگی را برای جبران اتلاف نوری ناشی از تشدید کننده و تلفات ناشی از خروجی لیزر از سطح حفره فراهم کند و دائماً میزان انرژی را افزایش دهد. میدان نور در حفره این باید یک تزریق جریان به اندازه کافی قوی داشته باشد، یعنی وارونگی تعداد ذرات به اندازه کافی وجود داشته باشد، هرچه درجه وارونگی تعداد ذرات بیشتر باشد، بهره بیشتر است، یعنی نیاز باید شرایط آستانه جریان خاصی را برآورده کند. وقتی لیزر به آستانه رسید، نور با طول موج مشخص می تواند در حفره تشدید و تقویت شود و در نهایت یک لیزر و خروجی پیوسته تشکیل دهد.

الزامات عملکرد
1. پهنای باند و نرخ مدولاسیون: لیزرهای نیمه هادی و فناوری مدولاسیون آنها در ارتباطات نوری بی سیم بسیار مهم است و پهنای باند و نرخ مدولاسیون مستقیماً بر کیفیت ارتباط تأثیر می گذارد. لیزر مدوله داخلی (لیزر مدوله شده مستقیم) به دلیل سرعت بالا و هزینه کم برای زمینه های مختلف در ارتباطات فیبر نوری مناسب است.
2. ویژگی های طیفی و ویژگی های مدولاسیون: لیزرهای بازخورد توزیع شده نیمه هادی (لیزر DFB) به دلیل ویژگی های طیفی عالی و ویژگی های مدولاسیون، به منبع نور مهمی در ارتباطات فیبر نوری و ارتباطات نوری فضایی تبدیل شده اند.
3. هزینه و تولید انبوه: لیزرهای نیمه هادی باید مزایای کم هزینه و تولید انبوه را داشته باشند تا نیازهای تولید و کاربردهای بزرگ را برآورده کنند.
4. مصرف برق و قابلیت اطمینان: در سناریوهای کاربردی مانند مراکز داده، لیزرهای نیمه هادی برای اطمینان از عملکرد پایدار طولانی مدت نیاز به مصرف انرژی کم و قابلیت اطمینان بالا دارند.