7 Izvori Na Svetlina Laser_diodi

8/20/2019 7 Izvori Na Svetlina Laser_diodi

1/29

LASER - принцип на работа

Светлината се создава со стимулирана емисија

За да настане стимулирана емисија потребна е

предполаризација на pn спојот

Приказ на структура која создадава услови за појава на

стимулирана емисија

активен медиум со должина L

непропустливо огледало (рефлексивноста R!""#$%

полупропустливо огледало (во конкретниот пример

пропустливоста е &'#$

)


2/29

LASER – принцип на работа

*асер+т може да се третира како високофреквентеносцилатор%

За да се јават осцилации, на сиситемот му е потребно-

засилува.е,

повратна врска и

ме/анизам за нагодува.е на фреквенцијата%

0вете огледала од структурата на ласерот формираат1уплина ткн% Фабри-Перот резонатор

2о ваква структура опти3ките бранови може даопстојат

)


3/29

Fabri-Perot-ов резонатор 4 5пти3ки бранови во 1уплина со

должина L%

6ранот се

движи кон

десно

6ранот се

движи кон

лево

7езултантенбран



4/29

8 ! ' коефициент на рефлекција на огледало !

8 9 ' коефициент на рефлекција на огледало 9

:("$ ' амплитуда на полето кај огледало 9

:(;$ ' амплитуда на полето на растојание ; од огледало 9

L ' растојание поме


5/29


>словот за резонанса гласи-

? !, 9, @, A β − фазна константа на брановите во 1уплината

λ 4 бранова должина во материјалот од кој е изработена1уплината

n 4 индекс на прекр1ува.е на материјалот на 1уплината

B 4 брзина на светлина во вакум

каде-

или

)

m L π β 22 =

f

c

n=== 0

0 ; ; 2

λ λ

λ λ

π β

2

λ m L =


6/29


5д условот за резонанса добиваме-

односно за резонантните фреквенции (лонгитудинални модови$ и

растојанието поме


7/29

Праг на побудна струја Струјата потребна за да настане стимулирана емисија%

D пред достигнува.ето на прагот може да се јави емисија на

светлина, но таа е многу слаба и со 1ирок спектар (спонтана

емисија$%

По надминува.ето на прагот се емитува светлина со

стимулирана емисиаја (со тесен спектар$%

Dзлезен спектар опсегот на фреквенции во кој е сконцентрирана моEноста на

ласерот

*иниски спектар (слика на следниот слајд$

Fарактеристики на зра3е.е опсегот на агли во кој зра3и ласерот

зависи од големината на областа од каде 1то се емитува и

од модовите кој се емитуваат

Општи карактеристики на LASER

)


8/29

GHIH ласер

Зра3и на J@@ n?, спектралната 1ирина околу 9 n? ' опсег на фреквенции од

!"" KG Dако има транзиција на електроните поме


9/29

Структура и енергетски дијаграм на ласер диода

LASER !ио!и

*асер диодите имаат сли3на конструкција како LMN

ПовеEето ласер диоди се рабно емитира3ки

Oктивниот регион со слоевите околу него формираат

повр1ински брановод%


10/29

LASER !ио!и

Слика (а$ ' структура на ласер диода која ги принудуваатполнежите да те3ат во потесен регион, а со тоа се добива ипотесен брановод%

Слика (б$ ' индексно воде.е на светлината Структура во која се формира правоаголен брановод ограни3ен од

сите 3етири страни со материјал со помал индекс на прекр1ува.е%

*ево и десно од активниот регион е поставен диелектри3енматеријал кој не дозволува растура.е на текот на електроните%

Структурата е позната како вкопана /етероструктура


11/29

Зависност на изра3ената светлосна моEност од струјата

Постое.е на праг на струја PQ

"аботни карактеристики наLASER !ио!и

I th

)


12/29

"аботни карактеристики наLASER !ио!и 0игиталната модулација на L:SMR диодите се разликува од

онаа кај *T0 Поради прагот за стимулирана емисија, диодата мора прво

да се поларизира со еднонасо3на струја PNU V PQ 7аботаната то3ка се нао


13/29

"аботни карактеристики наLASER !ио!и При аналогната модулација, еднонасо3ната струја за пред'

поларизација на диодата се поместува подалеку од прагот Со ова се овозможува работа на диодата во линерно

подра3је од карактеристиката, за сите вредности на сигналот *инеарноста на преносната карактеристика мора да се

овозможи, ако се бараат мали изобли3ува.а%


14/29

"аботни карактеристики наLASER !ио!и *асер диодите се многу по3увствителни на температурни

промени од LMN

Зависност на прагот на струјатаод температурата

Wемпературна зависност на

карактериситката на L:SMR диода


15/29

Со зголемува.е на W, засилува.ето на диодата опа


16/29

Последиците од зголемува.ето на струјата на прагот При константна струја низ ласерот излезната моEност би се

намалувала ако температурата расте% Промените во моEноста може да се неприфатливи бидејEи во

приемникот се зголемува веројатноста на гре1ка Oко опти3ката моEност се намали премногу тога1 би било

невозможна детекција на приемниот сигнал Постојат две те/ники за надминува.е на овој проблем-

термоелектрично ладење 4 диодата е поставена натермоелектри3ен ладилникX промената на W се детектира сотермистор, кој ја менува струјата низ термоелектри3ниотладилник за да се стабилизира W на диодата

промена на стр!ата за полариза"и!а ' промената воопти3ката моEност може да се детектира ако ласерот еизработен од две полупропусливи огледалаX на едниот крај софотодетектор се мери изра3ената моEност и во зависност наизмерената моEност се менува струјата за поларизација надиодата за да се врати опти3кта моEност на саканата вредност%

"аботни карактеристики наLASER !ио!и


17/29

#ина$и%ки карактеристики на

LASER !ио!ите *асер диодите се многу побрзи од *T0 диодите 2рHмето на пораст е одредено од времето на живот на

носителите при стимулирана емисија 2ажи истиот израз за определува.е на @ YZ опсег како и

кај LMN

τ 4 просе3но време на рекомбинација наносителите

Fај L:SMR диодите времето на рекомбинација τ е многу

помало за разлика од LMN, како последица настимулираната емисија Поголем пропусен опсег, помало време на воспоставува.е

во однос на LMN

)

πτ 2

&'3 =elect dB f

elect dB

r f

t '3

3()0=


18/29

Dзлезен спектар на мултимодна ласер диода

*пектрална карактеристика на

LASER !ио!ите Зна3ително помала спектрална 1ирина од LMN [ипи3н\ спектрална 1ирина на L:SMR диодите ' ! до n? ]ај полупроводни3ките L:SMR диоди постои 1ирина на

спектарот поради коне3ната 1ирина на проводната ивалентната зона во која електроните и празнините можат

да заземат разли3ни енергии%

)


19/29


LASER !ио!ите

Пиковите во спектарот одговараат налонгитудиналните модови на ласер диодата

За мали вредности на напојната струја, близу допрагот, спектарот е составен од многу

лонгитудиналани модови% Fако струјата се зголемува, спектралната 1ирина

се намалува со 1то се намалува и бројот налонгитудинални модови%

При доволно големи струи низ диодата, можно еспектарот да се состои само од еден мод%


20/29


LASER !ио!ите

За повисока струја (!?O$

спектарот се сотои од само еденмод%(^_n`aH'?+YH a\^H8$

За струја од !& ?O, која е близу

до прагот, спектарот е по1ирок исоставен од повеEелонгитудинални модови%


21/29

Зависност на брановата должина

од температурата

6рановата должина на емитуваната светлина исто така зависи одтемпературата%

При3ина е зависноста на индексот на прекр1ува.е одтемпературата%

7езонантните бранови должини и растојанието поме


22/29

Fарактеристика на зра3е.е на рабно'емитира3ка ласер диода

Карактеристика на зра%ее на

LASER !ио!ите

*асер диодите не ја зра3ат својата светлина симетри3но%

Светлината од ласер диодите се содржи во многу помал агол отколку

кај *T0, со 1то спрегнува.ето во опти3кото влакно е многу полесно и

поефикасно%


23/29

#$%&' диода со дистрибирана повратна врска

NbZ ( N_^Q8_cdQHY' bHHYZ\Be$%

2о овој ласер има изгравиран слој кој се однесува како

ре1етка ведна1 над активниот слој

7е1етка

7е1етки се однесуваат како

дистрибуиран филтер 7е1етката и 1уплината имаат

свои резонатни фреквенции, но

имаат само една заедни3ка која

ја поддржуваат

fа оваа фреквенција Eе биде

лонгитудиналниот мод наласерот

Λ ' периода на ре1етката

L 4 должина на ре1етката

λ − брановата должина во ре1етката(активната област$

p, ? ' произволни цели броеви%

+оно$о!ни лон,иту!инални

ласери

)

2 λ

p=Λ2

λ m L =


24/29

c$ Споредба на спектрите на b\c8_'

gH8+Q со две NZb L:SMR диоди со

разли3ни периоди на ре1етката


ласери

а$ спектар на NbZ

L:SMR диода


25/29

L:SMR со дистрибуирани Z8\``'ови рефлекториNZR'N_^Q8_cdQHY Z8\`` RHhaHBQ_+n 5ваа структура наместо ре1етки користи Z8\``'ови

рефлектори Oктивниот регион и дистрибуираните рефлектори не се

поклопуваат и зафаEаат само делови од ласерот Z8\``'овите рефлектори са однесуваат како фреквентно

селективни огледала Dзлезната моEност се контролира со менува.е на струјата

низ активниот регион 6рановата должина се

контролира со менува.ена струјата низ регионотсо рефлекторите


ласери


26/29

Повр1инско'емитира3ки ласери со вертикална 1уплина

)UMSL')H8Q_B\a'U\i_Qj Sd8h\BH M?_QQ_n` L\^H8 7ефлекторите се изведуваат со слоевита структура на

диелектрици 3ии индекси на прекр1ува.е се менуваат

периоди3но

карактеристиката на зра3е.е е кружна, со 1то се подобруваефикасноста на спрегнува.е со влакното%

)USML диодите кои работат во видливиот дел од спектарот

можат да се искористат во мрежите со пласти3ни опти3ки

влакна%


ласери


27/29

б$ FуEи1те со интегрирано опти3ко

влакно

FуEи1тата мора да бидат внимателно конструирани за да

обезбедат прецизно позиционира.е на ласерот со опти3кото

влакно, кое може да биде спрегнато дирекно или преку леEи%

kоже да се обезбеди и фотодетектор внатре во куEи1тето за да се

следи емитуваната моEност од задната страна на ласерот%

При работа со високи температури ласерот може да биде поставенна термоелектри3ен ладилник кој се нао


28/29

2натре1на градба на ласер диодите и изглед на куEи1тето

Куишта на ласер !ио!ите

lивотниот век на ласер диодите надминува !! години, ако

работат на собна температура%

0иодите се деградираат побрзо ако работат на повисоки

температури% fо дури и на m""С , животниот век може да надмине

!"""" 3асови работа


29/29

*поре!ба на карактеристики на ле!

и ласер !ио!ите

Карактеристика LED LASER Single-Mode

LASER

*пектрална ширина ./1 20 - &00 & – ( 0)2

ре$е на воспосатавувае ./41 2 - 2(0 0)& - & 0)0( - &

+акси$ална $о!улац) 5рекв) .6781 300 2000 &0000

9:икасност на каплирае +но,у $ала *ре!на ;оле$а

Ко$патибилно опти%ко влакно+лти$о!но S<+улти$о!но

=R

+улти$о!но=R

+оно$о!но+оно$о!но

?е$пературна осетливост +ала ;оле$а ;оле$а

Ко$плексност на колото 9!ноставно *ло@ена *ло@ена

ре$е на употреба %асовиB &0( &0C - &0( &0C - &0(

Dена +ала ;оле$а ;оле$а

ри$арна употреба*ре!ни !ол@ини

*ре!ни по!ато%нибрзини

;оле$и !ол@ини;оле$и по!ато%ни

брзини

+но,у ;оле$и!ол@ини

+но,у ;оле$иб

7 Izvori Na Svetlina Laser_diodi

Documents

Transcript of 7 Izvori Na Svetlina Laser_diodi