Emissionsvåglängd
Deemissionen lasers våglängd beror på den energi som frigörs när en elektron övergår från ledningsbandet till valensbandet, vilket är ungefär lika med bandgapet E (eV).
hf=Eg--(3.4)
Eftersom c=f, där f och λ är frekvensen och våglängden för det emitterade ljuset, respektive, c=3 × 10⁻³ m/s, h=6.628 × 10⁻³ J·s och 1 eV=1.60 × 10⁻¹ J, ersätter 3-¹ y:s:
Eftersom bandgapet är relaterat till sammansättningen och innehållet av halvledarmaterial kan lasrar med olika emissionsvåglängder tillverkas utifrån denna princip.
Tröskelegenskaper (P-I-egenskaper)
För lasrar, när den applicerade framåtströmmen når ett visst värde, ökar den optiska uteffekten kraftigt, vilket resulterar i laseroscillation. Denna ström kallas tröskelströmmen, betecknad med ε. Utgångskarakteristikkurvan för en typisk halvledarlaser visas i figur 3-6. För stabil och pålitlig drift, ju lägre tröskelström, desto bättre.
Figur 3-6 Utgångskarakteristiska kurvor för en typisk laser
Spektrala egenskaper
De spektrala egenskaperna hos en laser bestäms i första hand av dess longitudinella moder. Typiska spektralkurvor för lasrar med flera-läge och enkel-läge visas i figurerna 3-7a och 3-7b. Här, λ0representerar den våglängd som motsvarar toppen av den longitudinella moden med maximal strålningseffekt, kallad toppvåglängden, typiskt 850 nm, 1310 nm och 1550 nm; ΔλAär laserns spektrala bredd, definierad som den våglängdsbredd som motsvarar den longitudinella modenveloppen som minskar till hälften av dess maximala värde, även känd som den fulla bredden vid halva maximala (FWHM) spektralbredden. Den spektrala bredden för en laser i enstaka-läge kallas också för linjebredden. Spektralenveloppen för en multi-modlaser innehåller i allmänhet 3-5 longitudinella moder, med ett Δλ-värde på ungefär 3-5 mm; en bra singelmodslaser har ett Δλ-värde på ungefär 0,1 nm, eller ännu mindre. Δλ är våglängdsintervallet mellan två punkter på spektrallinjen där den spektrala strålningseffekten för en longitudinell mod är halva dess maximala värde.
Figur 3-7 Spektrala egenskaper hos lasern
För en enkel-longitudinell-modlaser definieras sido-modundertryckningsförhållandet (MSR) som förhållandet mellan huvudlägeseffekten P0till sekundärsidan-lägeseffekt P0, och det är ett mått på laserns harmoniska renhet.
MSR=10lg(3-6) Laserns emissionsspektrum förändras med driftsförhållandena. När injektionsströmmen är under tröskelströmmen avger lasern fluorescens med ett brett spektrum; när strömmen ökar till tröskelströmmen, minskar spektrumet plötsligt, intensiteten ökar och lasring inträffar; när injektionsströmmen ökar ytterligare, ökar förstärkningen av huvudmoden, medan förstärkningen för sidolägena- minskar, antalet oscillationslägen minskar och slutligen uppträder en enkel-longitudinell modlaser. Förhållandet mellan laserns utgångsspektrum och insprutningsströmmen visas i figur 3-8.
Figur 3-8 Förhållandet mellan laserutgångsspektrum och injektionsström
Spektral bredd kan också representeras av frekvens. Baserat på förhållandet mellan frekvens och våglängd kan vi erhålla:
Fotoelektrisk effektivitet
Fotoelektrisk verkningsgrad är förhållandet mellan elektrisk effekt och optisk effekt. Det kan uttryckas på flera sätt:
(1) Intern kvanteffektivitet Lasrar avger ljus genom rekombination av elektroner och hål som injiceras i det aktiva lagret, men inte alla injicerade elektroner och hål kan genomgå strålningsrekombination. Den interna kvanteffektiviteten representerar förhållandet mellan antalet fotoner som genereras i det aktiva lagret och antalet injicerade elektron-hålpar, dvs antalet fotoner som genereras per tidsenhet - antalet injicerade elektron-hålpar per tidsenhet.
(2) Extern kvanteffektivitet Lasrarnas interna kvantverkningsgrad kan göras mycket hög, vissa till och med närmar sig 100 %, men det faktiska antalet fotoner som emitteras av en laser är mycket lägre än antalet fotoner som genereras i det aktiva lagret. Detta beror dels på att fotoner som genereras i det emitterande området absorberas av andra material, och dels på att vågledareffekten av PN-övergången kraftigt minskar antalet fotoner som kan fly från gränssnittet. Därför definieras den externa kvantverkningsgraden, dvs den totala verkningsgraden, som: (3-8) antalet emitterade fotoner r - antalet injicerade elektron-hålpar per tidsenhet. (3-9)
Temperaturegenskaper
Egenskaperna för en lasers tröskelström och den optiska uteffekten som en funktion av temperaturen är kända som temperaturegenskaper. Kurvan som visar laserns tröskelström kontra temperatur visas i figur 3-9. Som framgår av figuren ökar tröskelströmmen med stigande temperatur.
För att hantera laserns temperaturkänslighet kan temperaturkompensation implementeras i drivkretsen, eller så kan en kylare användas för att upprätthålla enhetens temperaturstabilitet. Vanligtvis är lasern förpackad tillsammans med en termistor, en halvledarkylare, etc., för att bilda en komponent.
Termistorn används för att detektera enhetens temperatur och styra kylaren, för att uppnå automatisk temperaturkontroll med sluten-slinga med negativ återkoppling.
Distribuerad feedbacklaser
Distribuerade återkopplingslasrar (DFB-LD) är en typ av laser som kan generera dynamiskt styrda enkel-modslasrar, även känd som dynamiska enkel-modslasrar, vilket betyder att de är halvledarlasrar som fortfarande kan arbeta i ett enda läge under hög-hastighetsmodulering. De är konstruerade genom att etsa ett korrugerat periodiskt gitter nära det aktiva skiktet, vilket ger optisk förstärkning, i en heterojunction-laser. Ett schematiskt diagram över en laserstruktur med distribuerad återkoppling visas i figur 3-10.
Figur 3-10 Schematiskt diagram över distribuerad antilaserstruktur
