עקרון העבודה של לייזר מוליכים למחצה

עקרון העבודה שללייזר מוליכים למחצה

קודם כל, מוצגות דרישות הפרמטרים עבור לייזרים מוליכים למחצה, כולל בעיקר את ההיבטים הבאים:
1. ביצועים פוטו-אלקטריים: כולל יחס הכחדה, רוחב קו דינמי ופרמטרים נוספים, פרמטרים אלו משפיעים ישירות על הביצועים של לייזרים מוליכים למחצה במערכות תקשורת.
2. פרמטרים מבניים: כגון גודל וסידור זוהרים, הגדרת סוף חילוץ, גודל התקנה וגודל מתאר.
3. אורך גל: טווח אורכי הגל של לייזר מוליכים למחצה הוא 650~1650nm, והדיוק גבוה.
4. זרם סף (Ith) וזרם הפעלה (lop): פרמטרים אלו קובעים את תנאי ההפעלה ומצב העבודה של הלייזר המוליך למחצה.
5. הספק ומתח: על ידי מדידת ההספק, המתח והזרם של הלייזר המוליך למחצה בעבודה, ניתן לצייר עקומות PV, PI ו- IV כדי להבין את מאפייני העבודה שלהם.

עקרון עבודה
1. תנאי רווח: התפלגות היפוך של נושאי מטען במדיום הלייזר (אזור פעיל) נקבעת. במוליך למחצה, האנרגיה של אלקטרונים 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 האנרגיה הנמוכה בין שני אזורי פס האנרגיה כדי להשיג היפוך של מספר החלקיקים. זה מושג על ידי הפעלת הטיה חיובית על ההומוג'נקציה או ההטרוג'נקציה והזרקת הנשאים הדרושים לשכבה הפעילה כדי לעורר אלקטרונים מרצועת הערכיות האנרגיה התחתונה לפס ההולכה האנרגיה הגבוהה יותר. כאשר מספר רב של אלקטרונים במצב אוכלוסיית החלקיקים ההפוך מתחברים מחדש עם חורים, מתרחשת פליטה מעוררת.
2. על מנת לקבל בפועל קרינה מגורה קוהרנטית, יש להזין את הקרינה המגורה מספר פעמים במהוד האופטי ליצירת תנודת לייזר, המהוד של הלייזר נוצר על ידי משטח המחשוף הטבעי של גביש המוליך למחצה כמראה, בדרך כלל. מצופה בקצה האור בסרט דיאלקטרי רב שכבתי בעל השתקפות גבוהה, והמשטח החלק מצופה בסרט השתקפות מופחת. עבור לייזר מוליכים למחצה של חלל Fp (חלל Fabry-Perot), ניתן לבנות את חלל ה-FP בקלות על ידי שימוש במישור המחשוף הטבעי המאונך למישור צומת pn של הגביש.
(3) על מנת ליצור תנודה יציבה, על מדיום הלייזר להיות מסוגל לספק רווח גדול מספיק כדי לפצות על האובדן האופטי שנגרם על ידי המהוד ועל האובדן שנגרם על ידי פלט הלייזר ממשטח החלל, ולהגדיל כל הזמן את שדה אור בחלל. זו חייבת להיות הזרקת זרם חזקה מספיק, כלומר יש מספיק היפוך מספר החלקיקים, ככל שמידת היפוך מספר החלקיקים גבוהה יותר, הרווח גדול יותר, כלומר, הדרישה חייבת לעמוד בתנאי סף זרם מסוים. כאשר הלייזר מגיע לסף, אור בעל אורך גל מסוים יכול להדהד בחלל ולהגביר, ולבסוף ליצור לייזר ופלט רציף.

דרישת ביצועים
1. רוחב פס וקצב אפנון: לייזרים מוליכים למחצה וטכנולוגיית המודולציה שלהם הם קריטיים בתקשורת אופטית אלחוטית, ורוחב הפס וקצב המודולציה משפיעים ישירות על איכות התקשורת. לייזר מאופנן פנימי (לייזר מווסת ישירות) מתאים לתחומים שונים בתקשורת סיבים אופטיים בגלל השידור המהיר והעלות הנמוכה שלו.
2. מאפיינים ספקטרליים ומאפייני אפנון: לייזרים משוב מבוזרים מוליכים למחצה (לייזר DFB) הפכו למקור אור חשוב בתקשורת סיבים אופטיים ותקשורת אופטית בחלל בגלל המאפיינים הספקטרליים המצוינים ומאפייני האפנון שלהם.
3. עלות וייצור המוני: לייזרים מוליכים למחצה צריכים להיות היתרונות 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 מוליכים למחצה דורשים צריכת חשמל נמוכה ואמינות גבוהה כדי להבטיח פעולה יציבה לטווח ארוך.