ویژگی های لیزر

طول موج انتشار

راانتشارطول موج لیزر به انرژی آزاد شده در هنگام انتقال الکترون از نوار رسانایی به باند ظرفیت بستگی دارد که تقریباً برابر با فاصله نواری E (eV) است.

hf=E_g--(3.4)

از آنجایی که c=f، که در آن f و λ به ترتیب فرکانس و طول موج نور ساطع شده هستند، c=3 × 10-3 m/s، h=6.628 × 10-3 J·s، و 1 eV=1.60 × 10-1 معادله 3-1 (جایگزینی معادله 3-1)

از آنجایی که گپ باند به ترکیب و محتوای مواد نیمه هادی مربوط می شود، لیزرهایی با طول موج های انتشار متفاوت می توانند بر اساس این اصل ساخته شوند.

ویژگی های آستانه (P{0}}ویژگی های I)

برای لیزرها، وقتی جریان رو به جلو اعمال شده به مقدار معینی می رسد، توان نوری خروجی به شدت افزایش می یابد و در نتیجه نوسان لیزر ایجاد می شود. این جریان را جریان آستانه می نامند که با ε نشان داده می شود. منحنی مشخصه خروجی یک لیزر نیمه هادی معمولی در شکل 3-6 نشان داده شده است. برای عملکرد پایدار و قابل اطمینان، هرچه جریان آستانه کمتر باشد، بهتر است.

شکل 3-6 منحنی های مشخصه خروجی یک لیزر معمولی

ویژگی های طیفی

ویژگی های طیفی لیزر در درجه اول توسط حالت های طولی آن تعیین می شود. منحنی های طیفی معمولی برای لیزرهای چند حالته و تک حالته در شکل های 3-7a و 3-7b نشان داده شده است. در اینجا، λ₀نشان دهنده طول موج مربوط به اوج حالت طولی با حداکثر توان تابشی است که به آن طول موج پیک گفته می شود، معمولاً 850 نانومتر، 1310 نانومتر و 1550 نانومتر. Δλ_Aعرض طیفی لیزر است که به عنوان عرض طول موج متناظر با پوشش حالت طولی که به نصف مقدار حداکثر آن کاهش می یابد، تعریف می شود، همچنین به عنوان عرض کامل در نصف حداکثر (FWHM) عرض طیفی شناخته می شود. به عرض طیفی یک لیزر تک حالته، پهنای خط نیز گفته می شود. پوشش طیفی یک لیزر چند حالته معمولاً شامل 3-5 حالت طولی با مقدار Δλ تقریباً 3-5 میلی متر است. یک لیزر تک حالته خوب دارای مقدار Δλ تقریباً 0.1 نانومتر یا حتی کوچکتر است. Δλ فاصله طول موج بین دو نقطه روی خط طیفی است که در آن توان تابشی طیفی یک حالت طولی نصف مقدار حداکثر آن است.

شکل 3-7 ویژگی های طیفی لیزر

برای لیزر یک حالت-طولی-، نسبت سرکوب حالت جانبی (MSR) به عنوان نسبت توان حالت اصلی P تعریف می‌شود.₀به سمت ثانویه-حالت قدرت P₀و معیاری برای میزان خلوص هارمونیک لیزر است.

MSR=10lg(3-6) طیف انتشار لیزر با شرایط کار تغییر می‌کند. هنگامی که جریان تزریق کمتر از جریان آستانه باشد، لیزر فلورسانس با طیف گسترده ای ساطع می کند. هنگامی که جریان به جریان آستانه افزایش می یابد، طیف به طور ناگهانی باریک می شود، شدت افزایش می یابد و لیزر رخ می دهد. وقتی جریان تزریق بیشتر می‌شود، بهره حالت اصلی افزایش می‌یابد، در حالی که بهره حالت‌های جانبی کاهش می‌یابد، تعداد حالت‌های نوسان کاهش می‌یابد، و در نهایت، یک لیزر حالت طولی تک ظاهر می‌شود. رابطه بین طیف خروجی لیزر و جریان تزریق در شکل 3-8 نشان داده شده است.

شکل 3-8 رابطه بین طیف خروجی لیزر و جریان تزریق

عرض طیفی را نیز می توان با فرکانس نشان داد. بر اساس رابطه بین فرکانس و طول موج، می توانیم به دست آوریم:

بازده فوتوالکتریک

بازده فوتوالکتریک نسبت توان الکتریکی به توان نوری است. می توان آن را به چند صورت بیان کرد:

(1) راندمان کوانتومی داخلی لیزرها از طریق ترکیب مجدد الکترون ها و حفره های تزریق شده به لایه فعال نور ساطع می کنند، اما همه الکترون ها و حفره های تزریق شده نمی توانند تحت نوترکیبی تابشی قرار گیرند. بازده کوانتومی داخلی نشان دهنده نسبت تعداد فوتون های تولید شده در لایه فعال به تعداد الکترون های تزریق شده-جفت حفره است، یعنی تعداد فوتون های تولید شده در واحد زمان - تعداد الکترون های تزریق شده-جفت سوراخ در واحد زمان.

(2) راندمان کوانتومی خارجی راندمان کوانتومی داخلی لیزرها را می توان بسیار بالا ساخت، برخی حتی به 100% نیز نزدیک می شوند، اما تعداد واقعی فوتون های ساطع شده توسط لیزر بسیار کمتر از تعداد فوتون های تولید شده در لایه فعال است. این تا حدی به این دلیل است که فوتون‌های تولید شده در ناحیه گسیل‌کننده توسط مواد دیگر جذب می‌شوند و تا حدودی به این دلیل است که اثر موجبر اتصال PN تعداد فوتون‌هایی را که می‌توانند از سطح مشترک فرار کنند، کاهش می‌دهد. بنابراین، بازده کوانتومی خارجی، یعنی بازده کل، به صورت زیر تعریف می شود: (3{7}}8) تعداد فوتون های ساطع شده r - تعداد جفت الکترون-حفره تزریق شده در واحد زمان. (3-9)

مشخصات دما

ویژگی های جریان آستانه لیزر و توان نوری خروجی به عنوان تابعی از دما به عنوان مشخصات دما شناخته می شوند. منحنی نشان دهنده جریان آستانه لیزر در مقابل دما در شکل 3-9 نشان داده شده است. همانطور که از شکل مشخص است، جریان آستانه با افزایش دما افزایش می یابد.

برای رسیدگی به حساسیت دمایی لیزر، می توان جبران دما را در مدار درایو پیاده سازی کرد یا از یک خنک کننده برای حفظ ثبات دمای دستگاه استفاده کرد. به طور معمول، لیزر با یک ترمیستور، یک خنک کننده نیمه هادی و غیره بسته بندی می شود تا یک جزء را تشکیل دهد.

ترمیستور برای تشخیص دمای دستگاه و کنترل کولر استفاده می‌شود و به کنترل خودکار دمای بازخورد منفی حلقه بسته-می‌رسد.

لیزر بازخورد توزیع شده

لیزرهای بازخورد توزیع شده (DFB-LDs) نوعی لیزر هستند که قادر به تولید لیزرهای تک حالته با کنترل دینامیکی هستند، همچنین به عنوان لیزرهای تک-حالتی پویا نیز شناخته می‌شوند، به این معنی که آنها لیزرهای نیمه‌رسانایی هستند که همچنان می‌توانند در یک حالت واحد تحت سرعت{{3} بالا کار کنند. آنها با اچ کردن یک توری دوره ای موجدار در نزدیکی لایه فعال، که تقویت نوری را فراهم می کند، در یک لیزر هتروجانکشن ساخته می شوند. یک نمودار شماتیک از ساختار لیزر بازخورد توزیع شده در شکل 3-10 نشان داده شده است.

شکل 3-10 نمودار شماتیک ساختار ضد لیزر توزیع شده