Emissziós hullámhossz
AkibocsátásA lézer hullámhossza attól az energiától függ, amely akkor szabadul fel, amikor egy elektron a vezetési sávból a vegyértéksávba megy át, ami megközelítőleg egyenlő az E (eV) sávréssel.
HF=Eg--(3.4)
Mivel c=f, ahol f és λ a kibocsátott fény frekvenciája és hullámhossza, c=3 × 10⁻³ m/s, h=6.628 × 10⁻³ J·s és 1 eV=1.60 × 10⁻¹ J, hozamok (3:-4 e)
Mivel a sávszélesség a félvezető anyagok összetételével és tartalmával függ össze, ezért ezen elv alapján különböző emissziós hullámhosszú lézerek készíthetők.
Küszöb jellemzők (P-I jellemzők)
Lézereknél, amikor az alkalmazott előremenő áram elér egy bizonyos értéket, a kimeneti optikai teljesítmény meredeken növekszik, ami lézerlengést eredményez. Ezt az áramot küszöbáramnak nevezzük, ε-vel jelöljük. Egy tipikus félvezető lézer kimeneti jelleggörbéje a 3-6. ábrán látható. A stabil és megbízható működés érdekében minél alacsonyabb a küszöbáram, annál jobb.
3-6 ábra Egy tipikus lézer kimeneti jelleggörbéi
Spektrális jellemzők
A lézer spektrális jellemzőit elsősorban a longitudinális módusai határozzák meg. A több-módusú és egymódusú-módusú lézerek tipikus spektrális görbéi a 3-7a és 3-7b ábrákon láthatók. Tessék, λ0a legnagyobb sugárzóteljesítményű longitudinális üzemmód csúcsának megfelelő hullámhosszt jelöli, amelyet csúcshullámhossznak neveznek, jellemzően 850 nm, 1310 nm és 1550 nm; ΔλAa lézer spektrális szélessége, amelyet a maximális érték felére csökkenő longitudinális módusburkoló hullámhossz-szélességként definiálunk, más néven teljes szélesség fél maximumnál (FWHM) spektrális szélességben. Egy-módusú lézer spektrális szélességét vonalszélességnek is nevezik. A több-módusú lézer spektrális burkológörbéje általában 3-5 longitudinális módust tartalmaz, körülbelül 3-5 mm Δλ értékkel; egy jó egymódusú lézer Δλ értéke megközelítőleg 0,1 nm, vagy még ennél is kisebb. Δλ a hullámhossz intervallum a spektrumvonal két olyan pontja között, ahol egy longitudinális módus spektrális sugárzási teljesítménye a maximális érték fele.
3-7. ábra A lézer spektrális jellemzői
Egy-hosszirányú-módusú lézer esetén az oldalsó-üzemmód-elnyomási arány (MSR) a fő üzemmód teljesítményének P aránya.0a másodlagos oldali-üzemmódba P0, és ez a lézer harmonikus tisztaságának mértéke.
MSR=10lg(3-6) A lézer emissziós spektruma a működési feltételek függvényében változik. Ha a befecskendezési áram a küszöbáram alatt van, a lézer széles spektrumú fluoreszcenciát bocsát ki; amikor az áram a küszöbáramra növekszik, a spektrum hirtelen leszűkül, az intenzitás nő, és lézerezés következik be; ha az injektáló áram tovább növekszik, a fő mód erősítése nő, míg az oldalsó-módusok erősítése csökken, az oszcillációs módok száma csökken, és végül egyetlen-hosszirányú üzemmódú lézer jelenik meg. A lézer kimeneti spektruma és a befecskendező áram közötti összefüggés a 3-8. ábrán látható.
3-8. ábra: A lézer kimeneti spektruma és a befecskendezési áram kapcsolata
A spektrum szélessége a frekvenciával is ábrázolható. A frekvencia és a hullámhossz kapcsolata alapján a következőket kaphatjuk:
Fotoelektromos hatásfok
A fotoelektromos hatásfok az elektromos teljesítmény és az optikai teljesítmény aránya. Többféleképpen is kifejezhető:
(1) Belső kvantumhatékonyság A lézerek az aktív rétegbe injektált elektronok és lyukak rekombinációján keresztül bocsátanak ki fényt, de nem minden injektált elektron és lyuk sugárzó rekombináción megy keresztül. A belső kvantumhatékonyság az aktív rétegben keletkezett fotonok számának és a beinjektált elektron-lyukpárok számának arányát jelenti, azaz az egységnyi idő alatt keletkezett fotonok számát - a beinjektált elektron-lyukpárok számát egységnyi idő alatt.
(2) Külső kvantumhatékonyság A lézerek belső kvantumhatásfoka nagyon magasra tehető, egyesek a 100%-ot is megközelítik, de a lézer által kibocsátott fotonok tényleges száma jóval alacsonyabb, mint az aktív rétegben keletkező fotonok száma. Ennek részben az az oka, hogy a kibocsátó tartományban keletkező fotonokat más anyagok elnyelik, részben pedig azért, mert a PN átmenet hullámvezető hatása nagymértékben csökkenti a határfelületről kiszabaduló fotonok számát. Ezért a külső kvantumhatásfok, azaz a teljes hatásfok a következőképpen definiálható: (3-8) a kibocsátott fotonok száma r - az egységnyi idő alatt beinjektált elektron-lyuk párok száma. (3-9)
Hőmérséklet jellemzői
A lézer küszöbáramának és kimenő optikai teljesítményének jellemzőit a hőmérséklet függvényében hőmérsékleti jellemzőknek nevezzük. A lézer küszöbáramát a hőmérséklet függvényében mutató görbe a 3-9. ábrán látható. Amint az ábrán látható, a küszöbáram a hőmérséklet emelkedésével nő.
A lézer hőmérséklet-érzékenységének kezelésére hőmérséklet-kompenzációt lehet megvalósítani a meghajtó áramkörben, vagy hűtővel lehet fenntartani a készülék hőmérsékleti stabilitását. A lézert általában termisztorral, félvezető hűtővel stb. csomagolják össze, hogy egy alkatrészt képezzenek.
A termisztor az eszköz hőmérsékletének érzékelésére és a hűtő szabályozására szolgál, így zárt{0}}hurkú, negatív visszacsatolású automatikus hőmérsékletszabályozást ér el.
Elosztott visszacsatolású lézer
Az elosztott visszacsatolású lézerek (DFB-LD) olyan lézertípusok, amelyek képesek dinamikusan vezérelt egymódusú-módusú lézerek létrehozására, más néven dinamikus egymódusú lézerek, vagyis olyan félvezető lézerek, amelyek továbbra is képesek egyetlen üzemmódban működni nagy sebességű-moduláció mellett. Ezek úgy készülnek, hogy az aktív réteg közelében hullámos periodikus rácsot maratnak, amely optikai erősítést biztosít, heterojunkciós lézerben. Az elosztott visszacsatolású lézerszerkezet sematikus diagramja a 3-10. ábrán látható.
3. ábra-10. Az elosztott anti-lézerszerkezet sematikus diagramja
