Valna duljina emisije
Theemisijavalna duljina lasera ovisi o energiji koja se oslobađa kada elektron prijeđe iz vodljivog pojasa u valentni pojas, što je približno jednako zabranjenom pojasu E (eV).
hf=Eg--(3.4)
Budući da je c=f, gdje su f i λ frekvencija i valna duljina emitirane svjetlosti, c=3 × 10⁻³ m/s, h=6.628 × 10⁻³ J·s i 1 eV=1.60 × 10⁻¹ J, zamjenom u jednadžbu (3-4) dobiva se:
Budući da je zabranjeni pojas povezan sa sastavom i sadržajem poluvodičkih materijala, laseri s različitim valnim duljinama emisije mogu se izraditi na temelju ovog principa.
Karakteristike praga (P-I karakteristike)
Za lasere, kada primijenjena struja naprijed dosegne određenu vrijednost, izlazna optička snaga naglo raste, što rezultira laserskim osciliranjem. Ta se struja naziva strujom praga, označava se s ε. Krivulja izlazne karakteristike tipičnog poluvodičkog lasera prikazana je na slici 3-6. Za stabilan i pouzdan rad, što je niža struja praga, to bolje.
Slika 3-6 Krivulje izlaznih karakteristika tipičnog lasera
Spektralne karakteristike
Spektralne karakteristike lasera prvenstveno su određene njegovim longitudinalnim modovima. Tipične spektralne krivulje za više-modne i jedno-modne lasere prikazane su na slikama 3-7a i 3-7b. Ovdje, λ0predstavlja valnu duljinu koja odgovara vrhuncu longitudinalnog moda s maksimalnom snagom zračenja, koja se naziva vršna valna duljina, tipično 850 nm, 1310 nm i 1550 nm; ΔλAje spektralna širina lasera, definirana kao širina valne duljine koja odgovara ovojnici uzdužnog moda koja se smanjuje na polovicu svoje maksimalne vrijednosti, također poznata kao spektralna širina pune širine na pola maksimuma (FWHM). Spektralna širina jedno-modnog lasera naziva se i širina linije. Spektralna ovojnica više-modnog lasera općenito sadrži 3-5 longitudinalnih modova, s vrijednošću Δλ od približno 3-5 mm; dobar single-mode laser ima vrijednost Δλ od približno 0,1 nm ili čak manju. Δλ je interval valne duljine između dviju točaka na spektralnoj liniji gdje je spektralna snaga zračenja longitudinalnog moda polovica svoje najveće vrijednosti.
Slika 3-7 Spektralne karakteristike lasera
Za jedno-longitudinalni-modni laser, bočni{2}}omjer potiskivanja moda (MSR) definiran je kao omjer snage glavnog moda P0na sekundarnu stranu-moda snage P0, i to je mjera harmonijske čistoće lasera.
MSR=10lg(3-6) Spektar emisije lasera mijenja se s radnim uvjetima. Kada je struja ubrizgavanja ispod struje praga, laser emitira fluorescenciju širokog spektra; kada struja poraste do struje praga, spektar se naglo sužava, intenzitet se povećava i dolazi do laserskog zračenja; kada se struja ubrizgavanja dalje povećava, pojačanje glavnog moda raste, dok se pojačanje bočnih-modova smanjuje, broj modova osciliranja se smanjuje, i na kraju se pojavljuje jedan-laser uzdužnog moda. Odnos između izlaznog spektra lasera i struje ubrizgavanja prikazan je na slici 3-8.
Slika 3-8 Odnos između izlaznog spektra lasera i struje ubrizgavanja
Spektralna širina također se može prikazati frekvencijom. Na temelju odnosa između frekvencije i valne duljine možemo dobiti:
Fotoelektrična učinkovitost
Fotoelektrična učinkovitost je omjer električne i optičke snage. Može se izraziti na nekoliko načina:
(1) Unutarnja kvantna učinkovitost Laseri emitiraju svjetlost kroz rekombinaciju elektrona i šupljina ubrizganih u aktivni sloj, ali ne mogu svi ubrizgani elektroni i šupljine proći kroz radijativnu rekombinaciju. Unutarnja kvantna učinkovitost predstavlja omjer broja fotona generiranih u aktivnom sloju i broja ubrizganih parova elektron-šupljina, tj. broj fotona generiranih u jedinici vremena - broj ubrizganih parova elektron-šupljina po jedinici vremena.
(2) Vanjska kvantna učinkovitost Unutarnja kvantna učinkovitost lasera može se učiniti vrlo visokom, neki se čak približavaju 100%, ali stvarni broj fotona koje emitira laser mnogo je manji od broja fotona generiranih u aktivnom sloju. To je djelomično zato što fotone generirane u području emitiranja apsorbiraju drugi materijali, a djelomično zato što učinak valovoda PN spoja uvelike smanjuje broj fotona koji mogu pobjeći iz sučelja. Stoga se vanjska kvantna učinkovitost, odnosno ukupna učinkovitost, definira kao: (3-8) broj emitiranih fotona r - broj ubrizganih parova elektron-šupljina u jedinici vremena. (3-9)
Temperaturne karakteristike
Karakteristike struje praga lasera i izlazne optičke snage kao funkcije temperature poznate su kao temperaturne karakteristike. Krivulja koja prikazuje struju praga lasera u odnosu na temperaturu prikazana je na slici 3-9. Kao što se može vidjeti sa slike, struja praga raste s porastom temperature.
Kako bi se riješila temperaturna osjetljivost lasera, temperaturna kompenzacija se može implementirati u pogonski krug ili se može koristiti hladnjak za održavanje stabilnosti temperature uređaja. Tipično, laser je upakiran zajedno s termistorom, poluvodičkim hladnjakom itd., kako bi tvorio komponentu.
Termistor se koristi za otkrivanje temperature uređaja i kontrolu hladnjaka, postižući automatsku kontrolu temperature zatvorene-petlje negativne povratne sprege.
Laser s distribuiranom povratnom spregom
Laseri s distribuiranom povratnom spregom (DFB-LD) vrsta su lasera koji mogu generirati dinamički kontrolirane jedno-modalne lasere, poznate i kao dinamički jedno-modalni laseri, što znači da su poluvodički laseri koji i dalje mogu raditi u jednom modu pod -modulacijom velike brzine. Konstruiraju se graviranjem valovite periodične rešetke u blizini aktivnog sloja, koja osigurava optičko pojačanje, u heterospojnom laseru. Shematski dijagram laserske strukture s distribuiranom povratnom spregom prikazan je na slici 3-10.
Slika 3-10 Shematski dijagram raspodijeljene antilaserske strukture
