반도체 레이저의 작동 원리

작동 원리반도체 레이저

우선, 반도체 레이저에 대한 매개변수 요구 사항을 소개합니다. 주로 다음과 같은 측면을 포함합니다.
1. 광전 성능: 소광비, 동적 선폭 및 기타 매개변수를 포함하며 이러한 매개변수는 통신 시스템에서 반도체 레이저의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.
2. 구조적 매개변수: 발광 크기 및 배열, 추출 종료 정의, 설치 크기 및 윤곽선 크기 등.
3. 파장 : 반도체 레이저의 파장 범위는 650~1650nm로 정확도가 높습니다.
4. 임계 전류(Ith) 및 작동 전류(lop): 이러한 매개변수는 반도체 레이저의 시작 조건과 작동 상태를 결정합니다.
5. 전력 및 전압: 작동 중인 반도체 레이저의 전력, 전압 및 전류를 측정하면 PV, PI 및 IV 곡선을 그려 작동 특성을 파악할 수 있습니다.

작동 원리
1. 이득 조건: 레이저 매질(활성 영역)에서 전하 캐리어의 반전 분포가 확립됩니다. 반도체에서 전자의 에너지는 거의 연속적인 일련의 에너지 준위로 표현됩니다. 따라서 입자 수의 반전을 달성하기 위해서는 고에너지 상태의 전도대 바닥에 있는 전자의 수가 두 에너지 대역 영역 사이의 저에너지 상태의 원자가 대역 상단에 있는 정공의 수보다 훨씬 많아야 합니다. 이는 동종접합 또는 이종접합에 양의 바이어스를 인가하고 필요한 캐리어를 활성층에 주입하여 낮은 에너지 원자가 대역에서 높은 에너지 전도대로 전자를 여기시킴으로써 달성됩니다. 반전된 입자 분포 상태에서 많은 수의 전자가 정공과 재결합하면 유도 방출이 발생합니다.
2. 실제로 코히어런트한 자극 복사를 얻으려면 자극 복사를 광 공진기에 여러 번 되먹임하여 레이저 발진을 형성해야 합니다. 레이저 공진기는 반도체 결정의 자연적 벽개면을 거울로 사용하여 형성되며, 일반적으로 빛의 끝부분에 고반사 다층 유전체막을 도금하고, 매끄러운 표면에는 반사를 줄이는 막이 도금됩니다. Fp 공동(패브리-페로 공동) 반도체 레이저의 경우, 결정의 pn 접합면에 수직인 자연적 벽개면을 사용하여 FP 공동을 쉽게 제작할 수 있습니다.
(3) 안정적인 발진을 형성하기 위해 레이저 매질은 공진기에서 발생하는 광 손실과 공동 표면에서 레이저 출력으로 발생하는 손실을 보상할 만큼 충분히 큰 이득을 제공하고, 공동 내 광 필드를 지속적으로 증가시킬 수 있어야 합니다. 이는 충분히 강한 전류 주입, 즉 충분한 입자 수 반전이 있어야 하며, 입자 수 반전도가 높을수록 이득이 커집니다. 즉, 특정 전류 임계값 조건을 충족해야 합니다. 레이저가 임계값에 도달하면 특정 파장의 빛이 공동 내에서 공진하고 증폭되어 최종적으로 레이저와 연속 출력을 형성할 수 있습니다.

성능 요구 사항
1. 변조 대역폭 및 변조 속도: 반도체 레이저와 그 변조 기술은 무선 광통신에 매우 중요하며, 변조 대역폭과 변조 속도는 통신 품질에 직접적인 영향을 미칩니다. 내부 변조 레이저(직접 변조 레이저)은 고속 전송과 낮은 비용으로 인해 광섬유 통신의 다양한 분야에 적합합니다.
2. 분광 특성 및 변조 특성: 반도체 분산 피드백 레이저(DFB 레이저)은 우수한 분광 특성과 변조 특성을 가지고 있어 광섬유 통신 및 우주 광통신에서 중요한 광원으로 활용되고 있다.
3. 비용 및 대량 생산: 반도체 레이저는 대량 생산 및 응용 분야의 요구를 충족하기 위해 낮은 비용과 대량 생산의 장점을 가져야 합니다.
4. 전력 소모 및 신뢰성: 데이터 센터와 같은 응용 분야에서 반도체 레이저는 장기적으로 안정적인 작동을 보장하기 위해 낮은 전력 소모와 높은 신뢰성이 필요합니다.