Emission aallonpituus
Thepäästötlaserin aallonpituus riippuu energiasta, joka vapautuu, kun elektroni siirtyy johtavuuskaistalta valenssikaistalle, joka on suunnilleen yhtä suuri kuin kaistaväli E (eV).
hf=Eg--(3.4)
Koska c=f, jossa f ja λ ovat vastaavasti säteilevän valon taajuus ja aallonpituus, c=3 × 10⁻³ m/s, h=6.628 × 10⁻³ J·s ja 1 eV=1.60 × 10⁻¹ J, substituutio (3:-4)
Koska bandgap liittyy puolijohdemateriaalien koostumukseen ja sisältöön, voidaan tällä periaatteella valmistaa lasereita eri emissioaallonpituuksilla.
Kynnysominaisuudet (P-I-ominaisuudet)
Lasereilla, kun kohdistettu eteenpäinvirta saavuttaa tietyn arvon, optinen lähtöteho kasvaa jyrkästi, mikä johtaa laservärähtelyyn. Tätä virtaa kutsutaan kynnysvirraksi, jota merkitään ε. Tyypillisen puolijohdelaserin lähdön ominaiskäyrä on esitetty kuvassa 3-6. Vakaan ja luotettavan toiminnan varmistamiseksi mitä pienempi kynnysvirta on, sitä parempi.
Kuva 3-6 Tyypillisen laserin lähtökäyrät
Spektriominaisuudet
Laserin spektriominaisuudet määräytyvät ensisijaisesti sen pitkittäismuotojen mukaan. Tyypilliset spektrikäyrät moni-- ja yksimuotolasereille{2}} on esitetty kuvissa 3-7a ja 3-7b. Tässä, λ0edustaa aallonpituutta, joka vastaa pituussuuntaisen moodin huippua suurimmalla säteilyteholla, jota kutsutaan huippuaallonpituudeksi, tyypillisesti 850 nm, 1310 nm ja 1550 nm; ΔλAon laserin spektrin leveys, joka määritellään aallonpituuden leveydeksi, joka vastaa pitkittäismoodin verhokäyrää, joka pienenee puoleen maksimiarvostaan, joka tunnetaan myös nimellä täysleveys puolimaksimissa (FWHM). Yksi-moodilaserin spektrin leveyttä kutsutaan myös viivanleveydeksi. Monimuotolaserin spektriverhokäyrä sisältää yleensä 3-5 pitkittäismuotoa, joiden Δλ-arvo on noin 3-5 mm; hyvän yksimuotolaserin Δλ-arvo on noin 0,1 nm tai jopa pienempi. Δλ on aallonpituusväli kahden spektriviivan pisteen välillä, joissa pitkittäismoodin spektrinen säteilyteho on puolet sen maksimiarvosta.
Kuva 3-7 Laserin spektriominaisuudet
Yksittäisen-pitkittäis-muotoisen laserin sivu-tilan vaimennussuhde (MSR) määritellään päätilan tehon P suhteeksi0toissijaisen puolen-tilan teho P0, ja se on laserin harmonisen puhtauden mitta.
MSR=10lg(3-6) Laserin emissiospektri muuttuu käyttöolosuhteiden mukaan. Kun injektiovirta on alle kynnysvirran, laser emittoi fluoresenssia laajalla spektrillä; kun virta kasvaa kynnysvirtaan, spektri yhtäkkiä kapenee, intensiteetti kasvaa ja laserointi tapahtuu; kun injektiovirta kasvaa edelleen, päämoodin vahvistus kasvaa, kun taas sivu-tilojen vahvistus pienenee, värähtelytilojen määrä vähenee ja lopuksi yksi-pitkittäismuotoinen laser ilmestyy. Laserin lähtöspektrin ja injektiovirran välinen suhde on esitetty kuvassa 3-8.
Kuva 3-8 Laserlähtöspektrin ja injektiovirran välinen suhde
Spektrin leveys voidaan esittää myös taajuudella. Taajuuden ja aallonpituuden välisen suhteen perusteella voimme saada:
Valosähköinen hyötysuhde
Valosähköinen hyötysuhde on sähkötehon suhde optiseen tehoon. Se voidaan ilmaista useilla tavoilla:
(1) Sisäinen kvanttitehokkuus Laserit lähettävät valoa aktiiviseen kerrokseen ruiskutettujen elektronien ja reikien rekombinaation kautta, mutta kaikki injektoidut elektronit ja reiät eivät voi joutua säteilyrekombinaatioon. Sisäinen kvanttitehokkuus edustaa aktiivisessa kerroksessa syntyneiden fotonien lukumäärän suhdetta injektoitujen elektroni-reikäparien määrään, eli aikayksikköä kohti syntyneiden fotonien lukumäärää - injektoitujen elektroni-reikäparien lukumäärää aikayksikköä kohti.
(2) Ulkoinen kvanttitehokkuus Lasereiden sisäinen kvanttihyötysuhde voidaan nostaa erittäin korkeaksi, joidenkin jopa lähelle 100 %, mutta laserin lähettämien fotonien todellinen määrä on paljon pienempi kuin aktiivisessa kerroksessa syntyvien fotonien määrä. Tämä johtuu osittain siitä, että muut materiaalit absorboivat emittoivalla alueella syntyneet fotonit, ja osittain siitä, että PN-liitoksen aaltojohtovaikutus vähentää suuresti rajapinnalta karkaavien fotonien määrää. Siksi ulkoinen kvanttihyötysuhde eli kokonaishyötysuhde määritellään seuraavasti: (3-8) emittoituneiden fotonien lukumäärä r - injektoitujen elektroni-reikä-parien lukumäärä aikayksikköä kohti. (3-9)
Lämpötilan ominaisuudet
Laserin kynnysvirran ja optisen lähtötehon ominaisuudet lämpötilan funktiona tunnetaan lämpötilaominaisuuksina. Käyrä, joka esittää laserin kynnysvirran lämpötilan funktiona, on esitetty kuvassa 3-9. Kuten kuvasta voidaan nähdä, kynnysvirta kasvaa lämpötilan noustessa.
Laserin lämpötilaherkkyyden korjaamiseksi käyttöpiiriin voidaan toteuttaa lämpötilakompensointi tai laitteen lämpötilavakauden ylläpitämiseen voidaan käyttää jäähdytintä. Tyypillisesti laser pakataan yhteen termistorin, puolijohdejäähdyttimen jne. kanssa komponentin muodostamiseksi.
Termistoria käytetään laitteen lämpötilan havaitsemiseen ja jäähdyttimen ohjaamiseen, jolloin saavutetaan suljetun -silmukan negatiivinen takaisinkytkentä automaattinen lämpötilan säätö.
Hajautettu palautelaser
Hajautetut takaisinkytkentälaserit (DFB-LD) ovat eräänlaisia lasereita, jotka pystyvät tuottamaan dynaamisesti ohjattuja yksi-moodilasereita, jotka tunnetaan myös dynaamisina yksimuotolasereina, mikä tarkoittaa, että ne ovat puolijohdelasereita, jotka voivat silti toimia yhdessä tilassa nopean-moduloinnin alaisena. Ne rakennetaan syövyttämällä aallotettu jaksoittainen hila lähelle aktiivista kerrosta, joka tarjoaa optisen vahvistuksen, heteroliitoslaserilla. Kaavamainen kaavio hajautetun takaisinkytkennän laserrakenteesta on esitetty kuvassa 3-10.
Kuva 3-10 Kaaviokaavio hajautetusta anti-laserrakenteesta
