Principe de fonctionnement du laser à semi-conducteur

Principe de fonctionnement delaser à semi-conducteur

Tout d’abord, les exigences en matière de paramètres pour les lasers à semi-conducteurs sont présentées, notamment les aspects suivants :
1. Performances photoélectriques : y compris le rapport d'extinction, la largeur de ligne dynamique et d'autres paramètres, ces paramètres affectent directement les performances des lasers à semi-conducteurs dans les systèmes de communication.
2. Paramètres structurels : tels que la taille et la disposition lumineuses, la définition de l'extrémité d'extraction, la taille de l'installation et la taille du contour.
3. Longueur d'onde : la plage de longueurs d'onde du laser à semi-conducteur est de 650 à 1650 nm et la précision est élevée.
4. Courant de seuil (Ith) et courant de fonctionnement (lop) : Ces paramètres déterminent les conditions de démarrage et l'état de fonctionnement du laser à semi-conducteur.
5. Puissance et tension : En mesurant la puissance, la tension et le courant du laser à semi-conducteur en fonctionnement, des courbes PV, PI et IV peuvent être tracées pour comprendre leurs caractéristiques de fonctionnement.

Principe de fonctionnement
1. Conditions de gain : La distribution d'inversion des porteurs de charge dans le milieu laser (région active) est établie. Dans le semi-conducteur, l'énergie des électrons est représentée par une série de niveaux d'énergie quasi continus. Par conséquent, le nombre d'électrons en bas de la bande de conduction à haute énergie doit être bien supérieur au nombre de trous en haut de la bande de valence à basse énergie, entre les deux régions de la bande d'énergie, pour obtenir l'inversion du nombre de particules. Ceci est réalisé en appliquant une polarisation positive à l'homojonction ou à l'hétérojonction et en injectant les porteurs nécessaires dans la couche active pour exciter les électrons de la bande de valence à basse énergie vers la bande de conduction à haute énergie. Lorsqu'un grand nombre d'électrons dans l'état de population de particules inversé se recombinent avec des trous, une émission stimulée se produit.
2. Pour obtenir un rayonnement stimulé cohérent, celui-ci doit être renvoyé plusieurs fois dans le résonateur optique afin de former une oscillation laser. Ce résonateur est formé par la surface de clivage naturelle du cristal semi-conducteur, formant un miroir, généralement recouvert d'un film diélectrique multicouche à haute réflexion à l'extrémité de la lumière, et la surface lisse d'un film à réflexion réduite. Pour le laser à semi-conducteur à cavité Fp (cavité Fabry-Perot), la cavité FP peut être facilement construite en utilisant le plan de clivage naturel perpendiculaire au plan de jonction pn du cristal.
(3) Pour former une oscillation stable, le milieu laser doit fournir un gain suffisant pour compenser la perte optique causée par le résonateur et la perte due à la sortie laser de la surface de la cavité, et augmenter constamment le champ lumineux dans la cavité. L'injection de courant doit être suffisamment forte, c'est-à-dire que l'inversion du nombre de particules est suffisante. Plus cette inversion est élevée, plus le gain est important, c'est-à-dire qu'un certain seuil de courant doit être respecté. Lorsque le laser atteint ce seuil, la lumière d'une longueur d'onde spécifique peut résonner dans la cavité et être amplifiée, formant ainsi un laser et une sortie continue.

Exigence de performance
1. Bande passante et débit de modulation : les lasers à semi-conducteurs et leur technologie de modulation sont essentiels aux communications optiques sans fil, et la bande passante et le débit de modulation affectent directement la qualité de la communication. Laser à modulation interne (laser à modulation directe) convient à différents domaines de la communication par fibre optique en raison de sa transmission à grande vitesse et de son faible coût.
2. Caractéristiques spectrales et caractéristiques de modulation : Lasers à rétroaction distribuée à semi-conducteurs (Laser DFB) sont devenus une source lumineuse importante dans la communication par fibre optique et la communication optique spatiale en raison de leurs excellentes caractéristiques spectrales et de leurs caractéristiques de modulation.
3. Coût et production de masse : les lasers à semi-conducteurs doivent présenter les avantages d'un faible coût et d'une production de masse pour répondre aux besoins de production et d'applications à grande échelle.
4. Consommation d'énergie et fiabilité : dans les scénarios d'application tels que les centres de données, les lasers à semi-conducteurs nécessitent une faible consommation d'énergie et une grande fiabilité pour garantir un fonctionnement stable à long terme.