Das lichtemittierende Prinzip der Halbleiterlaser

Halbleiterlaser, auch bekannt alsLaserdioden, sind Laser, die Halbleitermaterialien als Arbeitsmaterialien verwenden. Es hat die Eigenschaften von geringer Größe und langen Lebensdauer und können einfachen Injektionsstrom verwenden, um seine Arbeitsspannung und den Strom, der mit integrierten Schaltungen kompatibel ist, sodass sie monolithisch integriert werden kann. Aufgrund dieser Vorteile wurden Halbleiterdiodenlaser in Laserkommunikation, optischer Lagerung, optischen Gyroskope, Laserdruck, Reichweiten und Radar weit verbreitet.

Das Prinzip der Laserlichtemission

Der Laser muss die folgenden Bedingungen erfüllen: Erstens die Bevölkerungsumkehrung; Zweitens muss es einen Resonanzhohlraum geben, der eine optische Rückkopplungsfunktion spielen und eine Laserschwingung bilden kann; Die Bildung verschiedener Formen, der einfachste ist der Fabry-Parrot-Resonanzhohlraum. Drittens muss der Laser den Schwellenwertzustand erfüllen, dh der Verstärkung muss größer sein als der Gesamtverlust.

Bestimmte Schwellenbedingungen erfüllen.

Um eine stabile Schwingung zu bilden, muss das Lasermedium eine ausreichend große Verstärkung bereitstellen, um den optischen Verlust zu kompensieren, der durch den Resonanzhohlraum verursacht wird, und der Verlust, der durch den Laserausgang von der Hohlraumoberfläche verursacht wird, und erhöht das optische Feld kontinuierlich in den Hohlraum . Dies erfordert eine ausreichend starke Strominjektion, dh genügend Bevölkerungsumkehr, desto höher ist der Inversionsgrad der Bevölkerung, desto größer ist die gewonnene Verstärkung, dh ein bestimmter Stromschwellenzustand muss erfüllt sein. Wenn der Laser den Schwellenwert erreicht, kann das Licht mit einer bestimmten Wellenlänge im Hohlraum schwingen und amplifiziert sein und schließlich einen Laser für den kontinuierlichen Ausgang bilden.

Der Resonanzhohlraum kann die Rolle der optischen Feedback spielen und die Laserschwingung bilden.

Um eigentlich kohärente stimulierte Strahlung zu erhalten, muss die stimulierte Strahlung mehrmals in dem optischen Resonator zurückgeführt werden, um eine Laserschwingung zu bilden. Der Resonanzhohlraum des Lasers wird durch die natürliche Spaltfläche des Halbleiterkristalls als Reflexionsspiegel gebildet, der normalerweise nicht Licht emittiert. Das Ende der Linse ist mit einem hochreflektierenden mehrschichtigen dielektrischen Film beschichtet, und die lichtemittierende Oberfläche ist mit einem antireflektierenden Film beschichtet.

Bedingungen gewinnen:

Die Inversionsverteilung von Trägern im Lasermedium (aktiver Bereich) wird hergestellt. In Halbleitern wird die Energie von Elektronen durch ein Energieband dargestellt, das aus einer Reihe von Energienniveaus besteht, die nahe an kontinuierlich ist. Um die Bevölkerungsumkehrung in Halbleitern zu erreichen, muss sie daher im energiereichen Zustandsleitband zwischen den beiden Energieinband-Regionen liegen. Die Anzahl der Elektronen am Boden ist viel größer als die Anzahl der Löcher an der Spitze des niederenergetischen Zustands-Valenzbandes. Dies wird erreicht, indem eine Vorwärtsvorspannung auf die Homojunktion oder der Heteroprüfung angewendet wird, und injiziert notwendige Träger in die aktive Schicht. Anregen von Elektronen aus dem niedrigeren Energievalenzband an das höhere Energieleitungsband. Wenn eine große Anzahl von Elektronen und Löchern in einem Zustand der Bevölkerung umkehrung rekombiniert, erfolgt stimulierte Emission.