Что такое полупроводниковый лазерный диод?

1. Световое излучение полупроводникового лазера
Полупроводниковый лазер (LD) - это устройство, которое вызывает колебания лазера, пропуская электрический ток в полупроводник. Механизм излучения света такой же, как у светодиода (LED). Свет генерируется путем подачи прямого тока в pn-переход. В режиме прямого смещения слой p-типа соединен с положительным полюсом, а слой n-типа соединен с отрицательным полюсом, электроны поступают из слоя n-типа, а отверстия - из слоя p-типа. Когда эти два встречаются в соединении, электрон падает в отверстие, и свет испускается в то время.

2. Базовая структура полупроводниковых лазеров
Основная структура полупроводникового лазера показана на рисунке 1. Активный слой (светоизлучающий слой), помещенный между плакированными слоями p- и n-типа (двойная гетероструктура), сформирован на подложке n-типа, и напряжение подается на pn переход от электродов. Оба края активного слоя имеют зеркальную поверхность. Когда подается прямое напряжение, электроны сливаются с отверстиями в pn-переходе и излучают свет. Этот свет еще не лазер; он ограничен активным слоем, потому что показатель преломления плакированных слоев ниже, чем у активного слоя. Кроме того, оба конца активного слоя действуют как отражающее зеркало, где свет возвращается в активный слой. Затем свет усиливается в результате процесса стимулированного излучения и генерируются лазерные колебания.

Рис.1 Базовая структура полупроводникового лазера

3. Типы полупроводниковых лазеров
Центральная длина волны полупроводникового лазера в основном зависит от энергии запрещенной зоны полупроводника с активным слоем. Однако детали лазерных спектров различны в зависимости от типов ЛД, хотя энергии запрещенной зоны одинаковы.

(1) Полупроводниковый лазер Фабри-Перо
Этот лазер имеет простейшую структуру и используется во многих приложениях, включая оптические датчики для CD, DVD и BD; лазерные принтеры; и возбуждение волоконных лазеров. Он характеризуется использованием плоскости расщепления лазерного кристалла для отражения света, излучаемого в активном слое, как показано на рисунке 1. Плоскость расщепления кристалла является чрезвычайно гладкой и может использоваться в качестве отражающего зеркала. Поскольку Fabry Perot-LD не имеет механизма для выбора конкретной длины волны колебаний, множественные лазерные колебания происходят в пределах полосы пропускания усиления, как показано на фиг.2. Колебание на нескольких длинах волн вызывает уширение импульсов при передаче по оптоволокну, и поэтому оно не может быть применено для связи на большие расстояния.

Рис.2 Принципиальная схема полупроводникового лазера типа Фабри-Перо

(2) DFB полупроводниковый лазер
Лазер DFB (лазер с распределенной обратной связью) имеет решетку ниже или выше активного слоя и колеблется на одной длине волны, определяемой длиной волны Брэгга решетки. Рисунок 3 иллюстрирует структуру структуры. Он демонстрирует превосходные характеристики, в том числе узкую ширину спектра и низкий уровень шума, и, следовательно, используется в качестве источника оптического сигнала в дальних оптических коммуникациях.

(3) Полупроводниковый лазер со стабилизированной длиной волны FBG
Хотя лазер DFB обладает отличными характеристиками, такими как колебания с одной длиной волны, он дорог для производственных сложностей. Более экономичным лазером для генерации одной длины волны является лазерный диод, стабилизирующий длину волны с помощью FBG. Рисунок 4 иллюстрирует структуру структуры. В этом случае резонатор лазера состоит из покрытого HR торца активного слоя и FBG с низким коэффициентом отражения. На рисунке 4 изображена только сердцевина волокна. Другой торец активного слоя и падающий конец волокна имеют AR-покрытие для предотвращения отражения света. Кроме того, конец падения волокна обрабатывается в конфигурации линзы для сбора света. Поскольку FBG, сформированный в сердцевине волокна, отражает только определенную длину волны, происходит колебание одной длины волны.

Рис.4 Принципиальная схема стабилизированного по длине волны полупроводникового лазера FBG

Похожие

Комментарии