半導体レーザーの動作原理

の動作原理半導体レーザー

まず最初に、主に次の側面を含む半導体レーザーのパラメーター要件が紹介されます。
1. 光電性能: 消光比、動的線幅、その他のパラメータを含むこれらのパラメータは、通信システムにおける半導体レーザーの性能に直接影響します。
2. 構造パラメータ: 発光サイズと配置、取り出し端の定義、設置サイズ、輪郭サイズなど。
3. 波長：半導体レーザーの波長範囲は650～1650nmであり、精度が高い。
4. 閾値電流 (Ith) と動作電流 (lop) : これらのパラメータは、半導体レーザーの起動条件と動作状態を決定します。
5. 電力と電圧: 動作中の半導体レーザーの電力、電圧、電流を測定することにより、PV、PI、IV 曲線を描いて動作特性を理解できます。

動作原理
1. 利得条件: レーザー発振媒体 (活性領域) 内の電荷キャリアの反転分布が確立されます。半導体では、電子のエネルギーは一連のほぼ連続的なエネルギー準位によって表されます。したがって、反転を達成するには、高エネルギー状態の伝導帯の底部にある電子の数は、2 つのエネルギー帯領域間の低エネルギー状態の価電子帯の上部にある正孔の数よりもはるかに大きくなければなりません。粒子番号。これは、ホモ接合またはヘテロ接合に正のバイアスを印加し、必要なキャリアを活性層に注入して、より低いエネルギーの価電子帯からより高いエネルギーの伝導帯へ電子を励起することによって実現されます。逆粒子集団状態にある多数の電子が正孔と再結合すると、誘導放出が発生します。
2. 実際にコヒーレントな誘導放射を得るには、誘導放射を光共振器内で数回フィードバックしてレーザー発振を形成する必要があります。レーザーの共振器は、通常、半導体結晶の自然な劈開面をミラーとして形成します。光端には高反射誘電体多層膜メッキ、平滑面には低反射膜メッキを施しています。 Fp共振器（ファブリペロー共振器）半導体レーザでは、結晶のpn接合面に垂直な自然劈開面を利用してFP共振器を容易に構成できます。
(3) 安定した発振を形成するためには、レーザ媒質は共振器による光損失と共振器面からのレーザ出力による損失を補償するのに十分な大きな利得を提供し、利得を常に増加させる必要があります。キャビティ内のライトフィールド。これには、十分に強力な電流注入が必要です。つまり、十分な粒子数反転があり、粒子数反転の程度が高くなるほどゲインも大きくなります。つまり、要件は特定の電流しきい値条件を満たす必要があります。レーザーがしきい値に達すると、特定の波長の光がキャビティ内で共振して増幅され、最終的にレーザーと連続出力が形成されます。

性能要件
1. 変調帯域幅と変調速度: 半導体レーザーとその変調技術は無線光通信において重要であり、変調帯域幅と変調速度は通信品質に直接影響します。内部変調レーザー (直接変調レーザー）は、高速伝送と低コストのため、光ファイバー通信のさまざまな分野に適しています。
2. 分光特性と変調特性：半導体分布帰還型レーザー（DFBレーザー）は、その優れた分光特性や変調特性により、光ファイバー通信や宇宙光通信において重要な光源となっている。
3. コストと大量生産: 半導体レーザーは、大規模生産やアプリケーションのニーズを満たすために、低コストと大量生産という利点を備えている必要があります。
4. 消費電力と信頼性: データセンターなどのアプリケーションシナリオでは、半導体レーザーは長期安定した動作を保証するために低消費電力と高い信頼性を必要とします。