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, comprenant principalement les aspects suivants :
1. Performances photoélectriques : y compris le taux d'extinction, la largeur de raie 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, les 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 presque continus. Par conséquent, le nombre d’électrons au bas de la bande de conduction à l’état de haute énergie doit être beaucoup plus grand que le nombre de trous au sommet de la bande de valence à l’état de basse énergie entre les deux régions de la bande d’énergie pour obtenir l’inversion de le 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 d'énergie inférieure vers la bande de conduction d'énergie supérieure. Lorsqu’un grand nombre d’électrons dans l’état de population de particules inversées se recombinent avec des trous, une émission stimulée se produit.
2. Afin d'obtenir réellement un rayonnement stimulé cohérent, le rayonnement stimulé doit être renvoyé plusieurs fois dans le résonateur optique pour former une oscillation laser, le résonateur du laser est formé par la surface de clivage naturelle du cristal semi-conducteur comme un miroir, généralement plaqué à l'extrémité de la lumière avec un film diélectrique multicouche à haute réflexion, et la surface lisse est plaquée avec 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) Afin de former une oscillation stable, le milieu laser doit être capable de fournir un gain suffisamment important pour compenser la perte optique provoquée par le résonateur et la perte provoquée par la sortie laser de la surface de la cavité, et augmenter constamment la champ lumineux dans la cavité. Celui-ci doit avoir une injection de courant suffisamment forte, c'est-à-dire qu'il y a suffisamment d'inversion du nombre de particules, plus le degré d'inversion du nombre de particules est élevé, plus le gain est important, c'est-à-dire que l'exigence doit répondre à une certaine condition de seuil de courant. Lorsque le laser atteint le seuil, la lumière d'une longueur d'onde spécifique peut résonner dans la cavité et être amplifiée, et finalement former un laser et une sortie continue.

Exigence de performances
1. Bande passante et débit de modulation : les lasers à semi-conducteurs et leur technologie de modulation sont cruciaux dans la communication optique sans fil, et la bande passante et le débit de modulation affectent directement la qualité de la communication. Laser à modulation interne (laser directement modulé) 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 de lumière importante dans les communications par fibre optique et les communications optiques spatiales en raison de leurs excellentes caractéristiques spectrales et 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 des scénarios d'application tels que les centres de données, les lasers à semi-conducteurs nécessitent une faible consommation d'énergie et une fiabilité élevée pour garantir un fonctionnement stable à long terme.