หลักการทำงานของเซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์

หลักการทำงานของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์

ประการแรก ข้อกำหนดพารามิเตอร์สำหรับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จะถูกนำมาใช้ โดยส่วนใหญ่จะรวมถึงประเด็นต่อไปนี้:
1. ประสิทธิภาพของโฟโตอิเล็กทริค: รวมถึงอัตราส่วนการสูญเสีย ความกว้างของเส้นไดนามิก และพารามิเตอร์อื่นๆ พารามิเตอร์เหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ในระบบสื่อสาร
2. พารามิเตอร์โครงสร้าง: เช่นขนาดและการจัดเรียงการส่องสว่าง คำจำกัดความของการสกัด ขนาดการติดตั้ง และขนาดโครงร่าง
3. ความยาวคลื่น: ช่วงความยาวคลื่นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์คือ 650 ~ 1650 นาโนเมตรและมีความแม่นยำสูง
4. กระแสเกณฑ์ (Ith) และกระแสใช้งาน (lop) : พารามิเตอร์เหล่านี้จะกำหนดเงื่อนไขการเริ่มต้นและสถานะการทำงานของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์
5. กำลังและแรงดันไฟฟ้า: ด้วยการวัดกำลัง แรงดัน และกระแสของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ในที่ทำงาน ทำให้สามารถวาดเส้นโค้ง PV, PI และ IV เพื่อทำความเข้าใจลักษณะการทำงานของพวกมันได้

หลักการทำงาน
1. เงื่อนไขการรับ: มีการสร้างการกระจายแบบผกผันของตัวพาประจุในตัวกลางการให้เลเซอร์ (บริเวณที่ใช้งาน) ในเซมิคอนดักเตอร์ พลังงานของอิเล็กตรอนจะแสดงด้วยชุดของระดับพลังงานที่เกือบจะต่อเนื่องกัน ดังนั้น จำนวนอิเล็กตรอนที่ด้านล่างของแถบการนำไฟฟ้าในสถานะพลังงานสูงจะต้องมีมากกว่าจำนวนรูที่ด้านบนของแถบเวเลนซ์ในสถานะพลังงานต่ำระหว่างบริเวณแถบพลังงานทั้งสองเพื่อให้บรรลุการผกผันของ หมายเลขอนุภาค ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้อคติเชิงบวกกับการเชื่อมต่อแบบโฮโมจังค์ชันหรือการแยกแบบเฮเทอโรจังก์ชัน และการฉีดตัวพาที่จำเป็นเข้าไปในชั้นแอคทีฟเพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอนจากแถบวาเลนซ์พลังงานต่ำไปยังแถบการนำพลังงานที่สูงกว่า เมื่ออิเล็กตรอนจำนวนมากในสถานะประชากรอนุภาคกลับกันรวมตัวกันเป็นรูอีกครั้ง การแผ่รังสีกระตุ้นจะเกิดขึ้น
2. เพื่อให้ได้รับรังสีกระตุ้นที่สอดคล้องกันจริง ๆ จะต้องป้อนรังสีกระตุ้นกลับหลายครั้งในตัวสะท้อนแสงเพื่อสร้างการสั่นของเลเซอร์ ตัวสะท้อนของเลเซอร์นั้นถูกสร้างขึ้นโดยพื้นผิวที่แตกแยกตามธรรมชาติของคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์เป็นกระจกโดยปกติ ชุบที่ปลายแสงด้วยฟิล์มไดอิเล็กตริกหลายชั้นสะท้อนแสงสูงและพื้นผิวเรียบชุบด้วยฟิล์มสะท้อนแสงแบบรีดิวซ์ สำหรับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ของช่อง Fp (ช่อง Fabry-Perot) สามารถสร้างช่อง FP ได้อย่างง่ายดายโดยใช้ระนาบร่องแยกตามธรรมชาติที่ตั้งฉากกับระนาบจุดเชื่อมต่อ pn ของคริสตัล
(3) เพื่อสร้างการสั่นที่เสถียร ตัวกลางเลเซอร์จะต้องสามารถให้ค่าเกนที่มากพอที่จะชดเชยการสูญเสียทางแสงที่เกิดจากตัวสะท้อนกลับและการสูญเสียที่เกิดจากเอาต์พุตเลเซอร์จากพื้นผิวของโพรง และเพิ่มค่าอย่างต่อเนื่อง สนามแสงในช่อง สิ่งนี้จะต้องมีการฉีดกระแสที่แรงเพียงพอ กล่าวคือ มีการผกผันของจำนวนอนุภาคเพียงพอ ยิ่งระดับการผกผันของจำนวนอนุภาคสูงเท่าใด อัตราขยายก็จะยิ่งมากขึ้น นั่นคือ ข้อกำหนดจะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขขีดจำกัดปัจจุบันที่แน่นอน เมื่อเลเซอร์ถึงเกณฑ์ แสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะสามารถสะท้อนกลับในช่องและขยายออก และสุดท้ายจะเกิดเป็นเลเซอร์และเอาต์พุตต่อเนื่อง

ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพ
1. แบนด์วิธและอัตราการมอดูเลต: เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์และเทคโนโลยีการมอดูเลตมีความสำคัญอย่างยิ่งในการสื่อสารด้วยแสงไร้สาย และแบนด์วิดท์และอัตราการมอดูเลตส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการสื่อสาร เลเซอร์มอดูเลตภายใน (เลเซอร์มอดูเลตโดยตรง) เหมาะสำหรับสาขาต่างๆ ในการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง เนื่องจากมีการส่งผ่านความเร็วสูงและต้นทุนต่ำ
2. ลักษณะสเปกตรัมและลักษณะการมอดูเลต: เลเซอร์ป้อนกลับแบบกระจายเซมิคอนดักเตอร์ (เดเอฟเบ เลเซอร์) ได้กลายเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่สำคัญในการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสงและการสื่อสารด้วยแสงในอวกาศ เนื่องจากมีลักษณะสเปกตรัมและลักษณะการปรับสัญญาณที่ยอดเยี่ยม
3. ต้นทุนและการผลิตจำนวนมาก: เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จำเป็นต้องมีข้อดีคือต้นทุนต่ำและการผลิตจำนวนมาก เพื่อตอบสนองความต้องการการผลิตและการใช้งานขนาดใหญ่
4. การใช้พลังงานและความน่าเชื่อถือ: ในสถานการณ์การใช้งาน เช่น ศูนย์ข้อมูล เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ต้องการการใช้พลังงานต่ำและมีความน่าเชื่อถือสูง เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่เสถียรในระยะยาว