หลักการทำงานของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์

หลักการทำงานของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์

ประการแรก จะมีการแนะนำข้อกำหนดพารามิเตอร์สำหรับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งรวมถึงประเด็นต่างๆ ต่อไปนี้เป็นหลัก:
1. ประสิทธิภาพของโฟโตอิเล็กทริก: รวมถึงอัตราส่วนการสูญพันธุ์ ความกว้างของเส้นแบบไดนามิก และพารามิเตอร์อื่นๆ พารามิเตอร์เหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ในระบบสื่อสาร
2. พารามิเตอร์โครงสร้าง เช่น ขนาดและการจัดเรียงของแสง การกำหนดปลายสกัด ขนาดการติดตั้ง และขนาดโครงร่าง
3. ความยาวคลื่น: ช่วงความยาวคลื่นของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์คือ 650~1650 นาโนเมตร และมีความแม่นยำสูง
4. กระแสเกณฑ์ (Ith) และกระแสไฟฟ้าทำงาน (lop): พารามิเตอร์เหล่านี้กำหนดเงื่อนไขการเริ่มต้นและสถานะการทำงานของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์
5. กำลังและแรงดันไฟ: การวัดกำลัง แรงดันไฟ และกระแสไฟฟ้าของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ในที่ทำงาน ทำให้สามารถวาดกราฟ PV, PI และ IV เพื่อทำความเข้าใจคุณลักษณะการทำงานของมันได้

หลักการทำงาน
1. เงื่อนไขการรับ: การกระจายตัวของประจุไฟฟ้าในตัวกลางเลเซอร์ (บริเวณที่ใช้งาน) ถูกสร้างขึ้น ในเซมิคอนดักเตอร์ พลังงานของอิเล็กตรอนจะแสดงโดยระดับพลังงานที่ต่อเนื่องเกือบต่อเนื่องกันหลายระดับ ดังนั้น จำนวนอิเล็กตรอนที่ด้านล่างของแถบการนำไฟฟ้าในสถานะพลังงานสูงจะต้องมากกว่าจำนวนโฮลที่ด้านบนของแถบวาเลนซ์ในสถานะพลังงานต่ำระหว่างบริเวณแถบพลังงานทั้งสองมากเพื่อให้บรรลุการกลับด้านของจำนวนอนุภาค ซึ่งทำได้โดยการใช้ไบอัสเชิงบวกกับโฮโมจันก์ชั่นหรือเฮเทอโรจันก์ชั่น และฉีดพาหะที่จำเป็นเข้าไปในชั้นที่ใช้งานเพื่อกระตุ้นอิเล็กตรอนจากแถบวาเลนซ์พลังงานต่ำไปยังแถบการนำไฟฟ้าพลังงานสูง เมื่ออิเล็กตรอนจำนวนมากในสถานะประชากรอนุภาคที่กลับด้านรวมตัวกับโฮลอีกครั้ง การปล่อยที่ถูกกระตุ้นจะเกิดขึ้น
2. เพื่อให้ได้รังสีกระตุ้นที่สอดคล้องกันอย่างแท้จริง รังสีกระตุ้นจะต้องถูกป้อนกลับหลายครั้งในเรโซเนเตอร์ออปติกเพื่อสร้างการสั่นของเลเซอร์ เรโซเนเตอร์ของเลเซอร์ถูกสร้างขึ้นจากพื้นผิวแยกตามธรรมชาติของคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์เป็นกระจก ซึ่งโดยปกติจะเคลือบด้วยฟิล์มไดอิเล็กตริกหลายชั้นที่มีการสะท้อนแสงสูงที่ปลายแสง และพื้นผิวเรียบจะเคลือบด้วยฟิล์มสะท้อนแสงที่ลดลง สำหรับเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โพรง Fp (โพรง Fabry-Perot) โพรง FP สามารถสร้างได้ง่ายโดยใช้ระนาบแยกตามธรรมชาติที่ตั้งฉากกับระนาบรอยต่อ pn ของคริสตัล
(3) เพื่อสร้างการสั่นที่เสถียร ตัวกลางเลเซอร์จะต้องสามารถให้ค่าเกนที่มากพอที่จะชดเชยการสูญเสียแสงที่เกิดจากเรโซเนเตอร์และการสูญเสียที่เกิดจากเอาต์พุตเลเซอร์จากพื้นผิวโพรง และเพิ่มสนามแสงในโพรงอย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะต้องมีการฉีดกระแสไฟฟ้าที่แรงเพียงพอ นั่นคือ มีการกลับด้านจำนวนอนุภาคเพียงพอ ยิ่งระดับการกลับด้านจำนวนอนุภาคสูงขึ้น ค่าเกนก็จะมากขึ้น นั่นคือ ความต้องการจะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขขีดจำกัดกระแสไฟฟ้าบางอย่าง เมื่อเลเซอร์ถึงขีดจำกัด แสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะจะสะท้อนในโพรงและขยาย และสุดท้ายจะสร้างเลเซอร์และเอาต์พุตต่อเนื่อง

ความต้องการด้านประสิทธิภาพ
1. แบนด์วิดท์และอัตราการปรับมอดูเลต: เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์และเทคโนโลยีการปรับมอดูเลตมีความสำคัญอย่างยิ่งในระบบสื่อสารออปติกไร้สาย และแบนด์วิดท์และอัตราการปรับมอดูเลตส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการสื่อสาร เลเซอร์ที่ปรับมอดูเลตภายใน (เลเซอร์ปรับโดยตรง) เหมาะกับการใช้งานในหลากหลายสาขาในระบบการสื่อสารด้วยเส้นใยนำแสงเนื่องจากมีความเร็วในการรับส่งข้อมูลสูงและต้นทุนต่ำ
2. ลักษณะสเปกตรัมและลักษณะการมอดูเลต: เลเซอร์ป้อนกลับแบบกระจายเซมิคอนดักเตอร์(ดีเอฟบี เลเซอร์) ได้กลายเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่สำคัญในการสื่อสารด้วยเส้นใยแก้วนำแสงและการสื่อสารด้วยแสงอวกาศเนื่องจากคุณลักษณะสเปกตรัมและคุณสมบัติการมอดูเลตที่ยอดเยี่ยม
3. ต้นทุนและการผลิตจำนวนมาก: เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์จำเป็นต้องมีข้อได้เปรียบของต้นทุนต่ำและการผลิตจำนวนมากเพื่อตอบสนองความต้องการการผลิตและการใช้งานขนาดใหญ่
4. การใช้พลังงานและความน่าเชื่อถือ: ในสถานการณ์การใช้งานเช่นศูนย์ข้อมูล เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ต้องใช้พลังงานต่ำและความน่าเชื่อถือสูงเพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่เสถียรในระยะยาว