Karakteristika for lasere

Emissionsbølgelængde

Deemissionen lasers bølgelængde afhænger af den energi, der frigives, når en elektron går fra ledningsbåndet til valensbåndet, hvilket er omtrent lig med båndgabet E (eV).

hf=E_g--(3.4)

Da c=f, hvor f og λ er henholdsvis frekvensen og bølgelængden af ​​det udsendte lys, c=3 × 10⁻³ m/s, h=6.628 × 10⁻³ J·s og 1 eV=1.60 × 10⁻¹ J, der erstatter 3-¹ y:s:

Da båndgabet er relateret til sammensætningen og indholdet af halvledermaterialer, kan lasere med forskellige emissionsbølgelængder fremstilles ud fra dette princip.

Tærskelkarakteristika (P-I-karakteristika)

For lasere, når den påførte fremadgående strøm når en vis værdi, øges den optiske udgangseffekt kraftigt, hvilket resulterer i laseroscillation. Denne strøm kaldes tærskelstrømmen, betegnet med ε. Udgangskarakteristikkurven for en typisk halvlederlaser er vist i figur 3-6. For stabil og pålidelig drift, jo lavere tærskelstrøm, jo ​​bedre.

Figur 3-6 Udgangskarakteristiske kurver for en typisk laser

Spektral karakteristika

En lasers spektrale karakteristika er primært bestemt af dens langsgående tilstande. Typiske spektralkurver for multi-mode og single-mode lasere er vist i figur 3-7a og 3-7b. Her, λ₀repræsenterer den bølgelængde, der svarer til toppen af ​​den langsgående tilstand med maksimal strålingseffekt, kaldet topbølgelængden, typisk 850 nm, 1310 nm og 1550 nm; Δλ_Aer laserens spektrale bredde, defineret som bølgelængdebredden svarende til den langsgående modusindhylning, der falder til halvdelen af ​​dens maksimale værdi, også kendt som den fulde bredde ved halv maksimum (FWHM) spektralbredde. Den spektrale bredde af en enkelt-tilstandslaser kaldes også linjebredden. Spektralindhylningen af ​​en multi-moduslaser indeholder generelt 3-5 langsgående tilstande med en Δλ-værdi på ca. 3-5 mm; en god single-mode laser har en Δλ værdi på ca. 0,1 nm eller endnu mindre. Δλ er bølgelængdeintervallet mellem to punkter på spektrallinjen, hvor den spektrale strålingseffekt af en langsgående tilstand er halvdelen af ​​dens maksimale værdi.

Figur 3-7 Laserens spektrale karakteristika

For en enkelt-langsgående-tilstandslaser er side-modeundertrykkelsesforholdet (MSR) defineret som forholdet mellem hovedtilstandens effekt P₀til den sekundære side-tilstand power P₀, og det er et mål for laserens harmoniske renhed.

MSR=10lg(3-6) Laserens emissionsspektrum ændres med driftsforholdene. Når injektionsstrømmen er under tærskelstrømmen, udsender laseren fluorescens med et bredt spektrum; når strømmen stiger til tærskelstrømmen, indsnævres spektret pludselig, intensiteten stiger, og der opstår lasering; når injektionsstrømmen øges yderligere, øges forstærkningen af ​​hovedtilstanden, mens forstærkningen af ​​side-tilstandene falder, antallet af oscillationstilstande falder, og til sidst vises en enkelt-langsgående laser. Forholdet mellem laserens udgangsspektrum og injektionsstrømmen er vist i figur 3-8.

Figur 3-8 Forholdet mellem laserudgangsspektrum og injektionsstrøm

Spektral bredde kan også repræsenteres ved frekvens. Baseret på forholdet mellem frekvens og bølgelængde kan vi opnå:

Fotoelektrisk effektivitet

Fotoelektrisk effektivitet er forholdet mellem elektrisk effekt og optisk effekt. Det kan udtrykkes på flere måder:

(1) Intern kvanteeffektivitet Lasere udsender lys gennem rekombinationen af ​​elektroner og huller injiceret i det aktive lag, men ikke alle injicerede elektroner og huller kan gennemgå strålingsrekombination. Den interne kvanteeffektivitet repræsenterer forholdet mellem antallet af fotoner genereret i det aktive lag og antallet af injicerede elektron-hulpar, dvs. antallet af fotoner genereret pr. tidsenhed - antallet af injicerede elektron-hulpar pr. tidsenhed.

(2) Ekstern kvanteeffektivitet Den interne kvanteeffektivitet af lasere kan gøres meget høj, nogle nærmer sig endda 100 %, men det faktiske antal fotoner udsendt af en laser er meget lavere end antallet af fotoner genereret i det aktive lag. Dette skyldes dels, at fotoner, der genereres i det emitterende område, absorberes af andre materialer, og dels fordi PN-forbindelsens bølgeledereffekt i høj grad reducerer antallet af fotoner, der kan undslippe fra grænsefladen. Derfor er den eksterne kvanteeffektivitet, altså den samlede effektivitet, defineret som: (3-8) antallet af udsendte fotoner r - antallet af injicerede elektron-hul-par pr. tidsenhed. (3-9)

Temperaturegenskaber

Karakteristikaene for en lasers tærskelstrøm og optisk udgangseffekt som funktion af temperaturen er kendt som temperaturkarakteristika. Kurven, der viser laserens tærskelstrøm versus temperatur, er vist i figur 3-9. Som det ses af figuren, stiger tærskelstrømmen med stigende temperatur.

For at adressere laserens temperaturfølsomhed kan temperaturkompensation implementeres i drivkredsløbet, eller en køler kan bruges til at opretholde enhedens temperaturstabilitet. Typisk er laseren pakket sammen med en termistor, en halvlederkøler osv. for at danne en komponent.

Termistoren bruges til at detektere enhedens temperatur og styre køleren, så der opnås lukket-sløjfe negativ feedback automatisk temperaturkontrol.

Distribueret feedback laser

Distribuerede feedbacklasere (DFB-LD'er) er en type laser, der er i stand til at generere dynamisk styrede enkelt-tilstandslasere, også kendt som dynamiske enkelt-tilstandslasere, hvilket betyder, at de er halvlederlasere, der stadig kan fungere i en enkelt tilstand under høj-hastighedsmodulation. De er konstrueret ved at ætse et korrugeret periodisk gitter nær det aktive lag, som giver optisk forstærkning, i en heterojunction-laser. Et skematisk diagram af en distribueret feedback-laserstruktur er vist i figur 3-10.

Figur 3-10 Skematisk diagram af distribueret anti-laserstruktur