Emisná vlnová dĺžka
Theemisievlnová dĺžka lasera závisí od energie uvoľnenej pri prechode elektrónu z vodivého pásma do valenčného pásma, ktoré je približne rovnaké ako zakázané pásmo E (eV).
hf=Eg--(3.4)
Pretože c=f, kde f a λ sú frekvencia a vlnová dĺžka emitovaného svetla, c=3 × 10⁻³ m/s, h=6.628 × 10⁻³ J·s a 1 eV=1.60 × 10⁻¹ J-4) získame rovnicu (3):
Keďže bandgap súvisí so zložením a obsahom polovodičových materiálov, na tomto princípe je možné vyrobiť lasery s rôznymi emisnými vlnovými dĺžkami.
Prahové charakteristiky (charakteristiky P-I)
V prípade laserov, keď aplikovaný dopredný prúd dosiahne určitú hodnotu, výstupný optický výkon sa prudko zvýši, čo vedie k oscilácii lasera. Tento prúd sa nazýva prahový prúd, označuje sa ε. Výstupná charakteristika typického polovodičového lasera je znázornená na obrázku 3-6. Pre stabilnú a spoľahlivú prevádzku platí, že čím nižší je prahový prúd, tým lepšie.
Obrázok 3-6 Výstupné charakteristické krivky typického lasera
Spektrálne charakteristiky
Spektrálne charakteristiky lasera sú primárne určené jeho pozdĺžnymi režimami. Typické spektrálne krivky pre multi-režimové a jedno{2}}režimové lasery sú znázornené na obrázkoch 3-7a a 3-7b. Tu, λ0predstavuje vlnovú dĺžku zodpovedajúcu vrcholu pozdĺžneho vidu s maximálnym vyžarovacím výkonom, nazývaný vrchol vlnovej dĺžky, typicky 850 nm, 1310 nm a 1550 nm; ΔλAje spektrálna šírka lasera, definovaná ako šírka vlnovej dĺžky zodpovedajúca obálke pozdĺžneho vidu klesajúceho na polovicu svojej maximálnej hodnoty, tiež známa ako spektrálna šírka plnej šírky pri polovičnom maxime (FWHM). Spektrálna šírka jednorežimového-lasera sa tiež nazýva šírka čiary. Spektrálna obálka multi-módového lasera vo všeobecnosti obsahuje 3-5 pozdĺžnych módov s hodnotou Δλ približne 3-5 mm; dobrý jednovidový laser má hodnotu Δλ približne 0,1 nm alebo dokonca menšiu. Δλ je interval vlnových dĺžok medzi dvoma bodmi na spektrálnej čiare, kde spektrálny žiarivý výkon pozdĺžneho vidu je polovicou jeho maximálnej hodnoty.
Obrázok 3-7 Spektrálne charakteristiky lasera
Pre laser s jedným-pozdĺžnym-režimom je pomer potlačenia bočného-režimu (MSR) definovaný ako pomer výkonu P v hlavnom režime0na sekundárnu stranu-napájanie režimu P0a je to miera harmonickej čistoty lasera.
MSR=10lg(3-6) Emisné spektrum lasera sa mení s prevádzkovými podmienkami. Keď je vstrekovací prúd pod prahovým prúdom, laser vyžaruje fluorescenciu so širokým spektrom; keď sa prúd zvýši na prahový prúd, spektrum sa náhle zúži, intenzita sa zvýši a dôjde k lasovaniu; keď sa vstrekovací prúd ďalej zvyšuje, zosilnenie hlavného režimu sa zvyšuje, zatiaľ čo zosilnenie bočných-režimov klesá, počet oscilačných režimov sa znižuje a nakoniec sa objaví jediný-laser s pozdĺžnym režimom. Vzťah medzi výstupným spektrom lasera a vstrekovacím prúdom je znázornený na obrázku 3-8.
Obrázok 3-8 Vzťah medzi výstupným spektrom lasera a vstrekovacím prúdom
Spektrálna šírka môže byť tiež reprezentovaná frekvenciou. Na základe vzťahu medzi frekvenciou a vlnovou dĺžkou môžeme získať:
Fotoelektrická účinnosť
Fotoelektrická účinnosť je pomer elektrického výkonu k optickému výkonu. Dá sa vyjadriť niekoľkými spôsobmi:
(1) Vnútorná kvantová účinnosť Lasery vyžarujú svetlo prostredníctvom rekombinácie elektrónov a otvorov vstreknutých do aktívnej vrstvy, ale nie všetky vstreknuté elektróny a otvory môžu podstúpiť radiačnú rekombináciu. Vnútorná kvantová účinnosť predstavuje pomer počtu fotónov vygenerovaných v aktívnej vrstve k počtu vstreknutých elektrónových-dierových párov, tj počtu fotónov vygenerovaných za jednotku času - počtu vstreknutých elektrónových-dierových párov za jednotku času.
(2) Externá kvantová účinnosť Vnútorná kvantová účinnosť laserov môže byť veľmi vysoká, niektoré sa dokonca blížia k 100 %, ale skutočný počet fotónov emitovaných laserom je oveľa nižší ako počet fotónov generovaných v aktívnej vrstve. Je to čiastočne preto, že fotóny generované v emitujúcej oblasti sú absorbované inými materiálmi a čiastočne preto, že vlnovodný efekt PN prechodu značne znižuje počet fotónov, ktoré môžu uniknúť z rozhrania. Preto je externá kvantová účinnosť, teda celková účinnosť, definovaná ako: (3-8) počet emitovaných fotónov r - počet vstreknutých párov elektrón-diera za jednotku času. (3-9)
Teplotné charakteristiky
Charakteristiky prahového prúdu lasera a výstupného optického výkonu ako funkcie teploty sú známe ako teplotné charakteristiky. Krivka znázorňujúca prahový prúd lasera v závislosti od teploty je znázornená na obrázku 3-9. Ako je zrejmé z obrázku, prahový prúd sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.
Na riešenie teplotnej citlivosti lasera je možné implementovať teplotnú kompenzáciu v obvode pohonu alebo použiť chladič na udržanie teplotnej stability zariadenia. Typicky je laser zabalený spolu s termistorom, chladičom polovodičov atď., aby sa vytvoril komponent.
Termistor sa používa na zisťovanie teploty zariadenia a ovládanie chladiča, čím sa dosahuje uzavretá-slučka so zápornou spätnou väzbou automatickej regulácie teploty.
Distribuovaný laser so spätnou väzbou
Lasery s distribuovanou spätnou väzbou (DFB-LD) sú typom lasera, ktorý je schopný generovať dynamicky riadené jedno-režimové lasery, známe tiež ako dynamické jednorežimové-lasery, čo znamená, že ide o polovodičové lasery, ktoré môžu stále pracovať v jedinom režime pri vysokorýchlostnej-modulácii. Sú konštruované leptaním vlnitej periodickej mriežky v blízkosti aktívnej vrstvy, ktorá poskytuje optické zosilnenie, v heterojunkčnom laseri. Schematický diagram distribuovanej spätnoväzbovej laserovej štruktúry je znázornený na obrázku 3-10.
Obrázok 3-10 Schematický diagram distribuovanej antilaserovej štruktúry
