עקרון העבודה של לייזר מוליך למחצה

עקרון העבודה שללייזר מוליך למחצה

ראשית, מוצגות דרישות הפרמטרים עבור לייזרים מוליכים למחצה, הכוללות בעיקר את ההיבטים הבאים:
1. ביצועים פוטואלקטריים: כולל יחס הכחדה, רוחב קו דינמי ופרמטרים אחרים, פרמטרים אלה משפיעים ישירות על ביצועי לייזרים מוליכים למחצה במערכות תקשורת.
2. פרמטרים מבניים: כגון גודל וסידור אור, הגדרת קצה החילוץ, גודל התקנה וגודל מתאר.
3. אורך גל: טווח אורך הגל של לייזר מוליך למחצה הוא 650 ~ 1650 ננומטר, והדיוק גבוה.
4. זרם סף (Ith) וזרם פעולה (lop): פרמטרים אלה קובעים את תנאי ההפעלה ומצב העבודה של לייזר המוליך למחצה.
5. הספק ומתח: על ידי מדידת ההספק, המתח והזרם של לייזר המוליך למחצה בפעולה, ניתן לשרטט עקומות PV, PI ו-IV כדי להבין את מאפייני העבודה שלהם.

עקרון העבודה
1. תנאי הגבר: נקבעת התפלגות האינוורסיה של נושאי המטען בתווך הלייזר (האזור הפעיל). במוליך למחצה, אנרגיית האלקטרונים מיוצגת על ידי סדרה של רמות אנרגיה כמעט רציפות. לכן, מספר האלקטרונים בתחתית פס ההולכה במצב אנרגיה גבוהה חייב להיות גדול בהרבה ממספר החורים בחלק העליון של פס הערכיות במצב אנרגיה נמוכה בין שני אזורי פס האנרגיה כדי להשיג את היפוך מספר החלקיקים. זה מושג על ידי הפעלת הטיה חיובית להומוצונקציה או להטרוצונקציה והזרקת נושאי המטען הדרושים לשכבה הפעילה כדי לעורר אלקטרונים מפס הערכיות בעל האנרגיה הנמוכה יותר לפס ההולכה בעל האנרגיה הגבוהה יותר. כאשר מספר גדול של אלקטרונים במצב אוכלוסיית חלקיקים הפוך מתאחדים עם חורים, מתרחשת פליטה מגורה.
2. על מנת להשיג בפועל קרינה מגורה קוהרנטית, יש להחזיר את הקרינה המגורה מספר פעמים לתוך המהוד האופטי כדי ליצור תנודת לייזר. המהוד של הלייזר נוצר על ידי פני השטח הטבעיים של גביש המוליך למחצה בצורת מראה, שבדרך כלל מצופים בקצה האור סרט דיאלקטרי רב שכבתי בעל החזרה גבוהה, והמשטח החלק מצופה בסרט בעל החזרה מופחתת. עבור לייזר מוליך למחצה בעל חלל Fp (חלל פברי-פרו), ניתן לבנות בקלות את חלל ה-FP באמצעות מישור המחשוף הטבעי הניצב למישור צומת ה-pn של הגביש.
(3) על מנת ליצור תנודה יציבה, על מדיום הלייזר להיות מסוגל לספק הגבר גדול מספיק כדי לפצות על ההפסד האופטי הנגרם על ידי המהוד ועל ההפסד הנגרם על ידי פלט הלייזר מפני השטח של החלל, ולהגדיל באופן מתמיד את שדה האור בחלל. לכך חייבת להיות הזרקת זרם חזקה מספיק, כלומר, יש מספיק היפוך מספר החלקיקים, ככל שרמת היפוך מספר החלקיקים גבוהה יותר, כך ההגבר גדול יותר, כלומר, הדרישה חייבת לעמוד בתנאי סף זרם מסוים. כאשר הלייזר מגיע לסף, אור באורך גל מסוים יכול להדהד בחלל ולהגביר אותו, ולבסוף ליצור לייזר ופלט רציף.

דרישת ביצועים
1. רוחב פס וקצב אפנון: לייזרים מוליכים למחצה וטכנולוגיית האפנון שלהם הם קריטיים בתקשורת אופטית אלחוטית, ורוחב פס וקצב האפנון משפיעים ישירות על איכות התקשורת. לייזר מווסת פנימית (לייזר מווסת ישירות) מתאים לתחומים שונים בתקשורת סיבים אופטיים בגלל מהירות ההעברה הגבוהה והעלות הנמוכה שלו.
2. מאפיינים ספקטרליים ומאפייני אפנון: לייזרי משוב מבוזרים של מוליכים למחצה (לייזר DFB) הפכו למקור אור חשוב בתקשורת סיבים אופטיים ובתקשורת אופטית בחלל בגלל המאפיינים הספקטרליים ומאפייני המודולציה המצוינים שלהם.
3. עלות וייצור המוני: לייזרים של מוליכים למחצה צריכים להיות בעלי יתרונות של עלות נמוכה וייצור המוני כדי לענות על הצרכים של ייצור ויישומים בקנה מידה גדול.
4. צריכת חשמל ואמינות: בתרחישי יישומים כגון מרכזי נתונים, לייזרים של מוליכים למחצה דורשים צריכת חשמל נמוכה ואמינות גבוהה כדי להבטיח פעולה יציבה לטווח ארוך.