Panjang gelombang pelepasan
Thepelepasanpanjang gelombang laser bergantung kepada tenaga yang dibebaskan apabila elektron beralih daripada jalur pengaliran ke jalur valens, yang lebih kurang sama dengan jurang jalur E (eV).
hf=Eg--(3.4)
Memandangkan c=f, di mana f dan λ ialah frekuensi dan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan, masing-masing, c=3 × 10⁻³ m/s, h=6.628 × 10⁻³ J·s dan 1 eV=1.60 × 10⁻¹ J, menggantikan kepada persamaan: 3-4) y
Oleh kerana celah jalur berkaitan dengan komposisi dan kandungan bahan semikonduktor, laser dengan panjang gelombang pelepasan yang berbeza boleh dibuat berdasarkan prinsip ini.
Ciri ambang (ciri P-I)
Untuk laser, apabila arus ke hadapan yang digunakan mencapai nilai tertentu, kuasa optik output meningkat dengan mendadak, mengakibatkan ayunan laser. Arus ini dipanggil arus ambang, dilambangkan dengan ε. Lengkung ciri keluaran laser semikonduktor tipikal ditunjukkan dalam Rajah 3-6. Untuk operasi yang stabil dan boleh dipercayai, semakin rendah arus ambang, lebih baik.
Rajah 3-6 Output lengkung ciri laser biasa
Ciri-ciri spektrum
Ciri-ciri spektrum laser terutamanya ditentukan oleh mod membujurnya. Lengkung spektrum biasa untuk laser berbilang-mod dan mod tunggal-ditunjukkan dalam Rajah 3-7a dan 3-7b. Di sini, λ0mewakili panjang gelombang yang sepadan dengan puncak mod longitudinal dengan kuasa sinaran maksimum, dipanggil panjang gelombang puncak, biasanya 850 nm, 1310 nm, dan 1550 nm; ΔλAialah lebar spektrum laser, ditakrifkan sebagai lebar panjang gelombang sepadan dengan sampul mod membujur menurun kepada separuh nilai maksimumnya, juga dikenali sebagai lebar penuh pada separuh maksimum (FWHM) lebar spektrum. Lebar spektrum laser mod tunggal-juga dipanggil lebar garis. Sampul spektrum laser berbilang-mod umumnya mengandungi 3-5 mod membujur, dengan nilai Δλ lebih kurang 3-5 mm; laser mod tunggal yang baik mempunyai nilai Δλ kira-kira 0.1 nm, atau lebih kecil. Δλ ialah selang panjang gelombang antara dua titik pada garis spektrum di mana kuasa sinaran spektrum mod longitudinal adalah separuh daripada nilai maksimumnya.
Rajah 3-7 Ciri spektrum laser
Untuk laser mod-membujur- tunggal, nisbah penindasan mod (MSR) sisi-ditakrifkan sebagai nisbah kuasa mod utama P0ke bahagian kedua-mod kuasa P0, dan ia adalah ukuran ketulenan harmonik laser.
MSR=10lg(3-6) Spektrum pelepasan laser berubah mengikut keadaan operasi. Apabila arus suntikan berada di bawah arus ambang, laser memancarkan pendarfluor dengan spektrum yang luas; apabila arus meningkat kepada arus ambang, spektrum tiba-tiba menyempit, keamatan meningkat, dan pengelasan berlaku; apabila arus suntikan terus meningkat, keuntungan mod utama meningkat, manakala keuntungan mod sisi-berkurang, bilangan mod ayunan berkurangan dan akhirnya, satu-laser mod membujur muncul. Hubungan antara spektrum keluaran laser dan arus suntikan ditunjukkan dalam Rajah 3-8.
Rajah 3-8 Hubungan antara spektrum keluaran laser dan arus suntikan
Lebar spektrum juga boleh diwakili oleh kekerapan. Berdasarkan hubungan antara frekuensi dan panjang gelombang, kita boleh memperoleh:
Kecekapan fotoelektrik
Kecekapan fotoelektrik ialah nisbah kuasa elektrik kepada kuasa optik. Ia boleh dinyatakan dalam beberapa cara:
(1) Kecekapan kuantum dalaman Laser memancarkan cahaya melalui penggabungan semula elektron dan lubang yang disuntik ke dalam lapisan aktif, tetapi tidak semua elektron dan lubang yang disuntik boleh menjalani penggabungan semula sinaran. Kecekapan kuantum dalaman mewakili nisbah bilangan foton yang dijana dalam lapisan aktif kepada bilangan pasangan lubang-elektron yang disuntik, iaitu, bilangan foton yang dijana setiap unit masa - bilangan pasangan lubang elektron-yang disuntik setiap unit masa.
(2) Kecekapan kuantum luaran Kecekapan kuantum dalaman laser boleh dibuat sangat tinggi, malah ada yang menghampiri 100%, tetapi bilangan foton sebenar yang dipancarkan oleh laser adalah jauh lebih rendah daripada bilangan foton yang dihasilkan dalam lapisan aktif. Ini adalah sebahagiannya kerana foton yang dihasilkan di kawasan pemancar diserap oleh bahan lain, dan sebahagian lagi kerana kesan pandu gelombang simpang PN sangat mengurangkan bilangan foton yang boleh terlepas daripada antara muka. Oleh itu, kecekapan kuantum luaran, iaitu jumlah kecekapan, ditakrifkan sebagai: (3-8) bilangan foton yang dipancarkan r - bilangan pasangan lubang elektron yang disuntik setiap unit masa. (3-9)
Ciri-ciri suhu
Ciri-ciri arus ambang laser dan kuasa optik keluaran sebagai fungsi suhu dikenali sebagai ciri suhu. Lengkung yang menunjukkan arus ambang laser berbanding suhu ditunjukkan dalam Rajah 3-9. Seperti yang dapat dilihat dari rajah, arus ambang meningkat dengan peningkatan suhu.
Untuk menangani sensitiviti suhu laser, pampasan suhu boleh dilaksanakan dalam litar pemacu, atau penyejuk boleh digunakan untuk mengekalkan kestabilan suhu peranti. Biasanya, laser dibungkus bersama termistor, penyejuk semikonduktor, dsb., untuk membentuk komponen.
Termistor digunakan untuk mengesan suhu peranti dan mengawal penyejuk, mencapai kawalan suhu automatik maklum balas negatif -gelung tertutup.
Laser maklum balas yang diedarkan
Laser maklum balas teragih (DFB-LDs) ialah sejenis laser yang mampu menghasilkan laser mod tunggal-yang dikawal secara dinamik, juga dikenali sebagai laser mod tunggal-dinamik, bermakna ia adalah laser semikonduktor yang masih boleh beroperasi dalam mod tunggal di bawah modulasi-kelajuan tinggi. Ia dibina dengan mengetsa parut berkala beralun berhampiran lapisan aktif, yang menyediakan penguatan optik, dalam laser heterojunction. Gambar rajah skema bagi struktur laser maklum balas teragih ditunjukkan dalam Rajah 3-10.
Rajah 3-10 Diagram skematik struktur anti-laser teragih
