Tonfedd allyriadau
Mae'rallyriadmae tonfedd laser yn dibynnu ar yr egni a ryddheir pan fydd electron yn trawsnewid o'r band dargludo i'r band falens, sydd fwy neu lai yn hafal i fwlch y band E (eV).
hf=Eg--(3.4)
Gan fod c=f, lle mae f ac λ yn amledd a thonfedd y golau a allyrrir, yn y drefn honno, c=3 × 10⁻³ m/s, h=6.628 × 10⁻³ J·s, ac 1 eV=1.60 × 10⁻¹ J, gan roi hafaliad 3-4 yn ei le
Gan fod y bwlch band yn gysylltiedig â chyfansoddiad a chynnwys deunyddiau lled-ddargludyddion, gellir gwneud laserau â thonfeddi allyriadau gwahanol yn seiliedig ar yr egwyddor hon.
Nodweddion trothwy (nodweddion P{0}}I)
Ar gyfer laserau, pan fydd y cerrynt blaen cymhwysol yn cyrraedd gwerth penodol, mae'r pŵer optegol allbwn yn cynyddu'n sydyn, gan arwain at osciliad laser. Gelwir y cerrynt hwn yn gerrynt trothwy, a ddynodir gan ε. Dangosir cromlin nodwedd allbwn laser lled-ddargludyddion nodweddiadol yn Ffigur 3-6. Ar gyfer gweithrediad sefydlog a dibynadwy, po isaf yw'r trothwy presennol, y gorau.
Ffigur 3-6 Allbwn cromliniau nodweddiadol laser nodweddiadol
Nodweddion sbectrol
Mae nodweddion sbectrol laser yn cael eu pennu'n bennaf gan ei foddau hydredol. Dangosir cromliniau sbectrol nodweddiadol ar gyfer laserau aml-ddull a modd sengl yn Ffigurau 3-7a a 3-7b. Yma, λ0yn cynrychioli'r donfedd sy'n cyfateb i frig y modd hydredol gyda'r pŵer pelydrol mwyaf, a elwir yn donfedd brig, yn nodweddiadol 850 nm, 1310 nm, a 1550 nm; ΔλAyw lled sbectrol y laser, a ddiffinnir fel lled y donfedd sy'n cyfateb i'r amlen modd hydredol yn gostwng i hanner ei uchafswm gwerth, a elwir hefyd yn lled llawn ar hanner uchafswm (FWHM) lled sbectrol. Gelwir lled sbectrol laser-modd sengl hefyd yn linewidth. Mae amlen sbectrol laser aml-ddull yn gyffredinol yn cynnwys 3-5 modd hydredol, gyda gwerth Δλ o tua 3-5 mm; mae gan laser un modd da werth Δλ o tua 0.1 nm, neu hyd yn oed yn llai. Δλ yw'r cyfwng tonfedd rhwng dau bwynt ar y llinell sbectrol lle mae pŵer pelydrol sbectrol modd hydredol yn hanner ei werth uchaf.
Ffigur 3-7 Nodweddion sbectrol y laser
Ar gyfer laser -hydredol-modd sengl, diffinnir y gymhareb atal modd ochr (MSR) fel cymhareb y prif bŵer modd P0i'r ochr eilaidd-modd pŵer P0, ac mae'n fesur o burdeb harmonig y laser.
MSR=10lg(3-6) Mae sbectrwm allyriadau'r laser yn newid gydag amodau gweithredu. Pan fo'r cerrynt pigiad yn is na'r cerrynt trothwy, mae'r laser yn allyrru fflworoleuedd â sbectrwm eang; pan fydd y cerrynt yn cynyddu i'r cerrynt trothwy, mae'r sbectrwm yn culhau'n sydyn, mae'r dwyster yn cynyddu, ac mae lasing yn digwydd; pan fydd cerrynt y pigiad yn cynyddu ymhellach, mae cynnydd y prif fodd yn cynyddu, tra bod cynnydd y moddau ochr yn lleihau, mae nifer y moddau osciliad yn lleihau, ac yn olaf, mae un laser modd hydredol yn ymddangos. Dangosir y berthynas rhwng sbectrwm allbwn y laser a'r cerrynt pigiad yn Ffigur 3-8.
Ffigur 3-8 Y berthynas rhwng sbectrwm allbwn laser a cherrynt pigiad
Gellir cynrychioli lled sbectrol hefyd gan amlder. Yn seiliedig ar y berthynas rhwng amledd a thonfedd, gallwn gael:
Effeithlonrwydd ffotodrydanol
Effeithlonrwydd ffotodrydanol yw'r gymhareb o bŵer trydanol i bŵer optegol. Gellir ei fynegi mewn sawl ffordd:
(1) Effeithlonrwydd cwantwm mewnol Mae laserau'n allyrru golau trwy ailgyfuno electronau a thyllau sy'n cael eu chwistrellu i'r haen weithredol, ond ni all pob electron a thyllau sydd wedi'u chwistrellu gael eu hailgyfuno'n ymbelydrol. Mae'r effeithlonrwydd cwantwm mewnol yn cynrychioli cymhareb nifer y ffotonau a gynhyrchir yn yr haen actif i nifer yr electronau wedi'u chwistrellu-parau twll, hy, nifer y ffotonau a gynhyrchir fesul uned amser - nifer yr electronau wedi'u chwistrellu-parau twll fesul uned amser.
(2) Effeithlonrwydd cwantwm allanol Gellir gwneud effeithlonrwydd cwantwm mewnol laserau yn uchel iawn, rhai hyd yn oed yn agosáu at 100%, ond mae nifer gwirioneddol y ffotonau a allyrrir gan laser yn llawer is na nifer y ffotonau a gynhyrchir yn yr haen weithredol. Mae hyn yn rhannol oherwydd bod ffotonau a gynhyrchir yn y rhanbarth allyrru yn cael eu hamsugno gan ddeunyddiau eraill, ac yn rhannol oherwydd bod effaith waveguide cyffordd PN yn lleihau'n fawr nifer y ffotonau a all ddianc o'r rhyngwyneb. Felly, diffinnir yr effeithlonrwydd cwantwm allanol, hy cyfanswm yr effeithlonrwydd, fel: (3-8) nifer y ffotonau sy'n cael eu hallyrru r - nifer y parau electron-twll wedi'u chwistrellu fesul uned amser. (3-9)
Nodweddion tymheredd
Gelwir nodweddion pŵer optegol cerrynt ac allbwn trothwy laser fel swyddogaeth tymheredd yn nodweddion tymheredd. Dangosir y gromlin sy'n dangos cerrynt trothwy'r laser yn erbyn tymheredd yn Ffigur 3-9. Fel y gwelir o'r ffigwr, mae'r cerrynt trothwy yn cynyddu gyda thymheredd cynyddol.
Er mwyn mynd i'r afael â sensitifrwydd tymheredd y laser, gellir gweithredu iawndal tymheredd yn y gylched gyrru, neu gellir defnyddio oerach i gynnal sefydlogrwydd tymheredd y ddyfais. Yn nodweddiadol, caiff y laser ei becynnu ynghyd â thermistor, oerach lled-ddargludyddion, ac ati, i ffurfio cydran.
Defnyddir y thermistor i ganfod tymheredd y ddyfais a rheoli'r oerach, gan gyflawni rheolaeth tymheredd awtomatig adborth negyddol dolen caeedig.
Laser adborth wedi'i ddosbarthu
Mae laserau adborth wedi'u dosbarthu (DFB{0}}LDs) yn fath o laser sy'n gallu cynhyrchu laserau modd sengl a reolir yn ddeinamig, a elwir hefyd yn laserau modd sengl deinamig, sy'n golygu eu bod yn laserau lled-ddargludyddion sy'n dal yn gallu gweithredu mewn un modd o dan fodiwleiddio cyflymder uchel. Fe'u hadeiladir trwy ysgythru gratio cyfnodol rhychog ger yr haen weithredol, sy'n darparu ymhelaethu optegol, mewn laser heterojunction. Dangosir diagram sgematig o strwythur laser adborth gwasgaredig yn Ffigur 3-10.
Ffigur 3-10 Diagram sgematig o strwythur gwrth-laser dosranedig
