Emisijska valovna dolžina
Theemisijavalovna dolžina laserja je odvisna od energije, ki se sprosti pri prehodu elektrona iz prevodnega pasu v valenčni pas, ki je približno enak pasovni vrzeli E (eV).
hf=Eg--(3.4)
Ker sta c=f, kjer sta f in λ frekvenca in valovna dolžina oddane svetlobe, c=3 × 10⁻³ m/s, h=6.628 × 10⁻³ J·s in 1 eV=1.60 × 10⁻¹ J, nadomestitev v enačbo (3-4) daje:
Ker je pasovni razmik povezan s sestavo in vsebnostjo polprevodniških materialov, je po tem principu mogoče izdelati laserje z različnimi valovnimi dolžinami sevanja.
Značilnosti praga (značilnosti P-I)
Pri laserjih, ko uporabljeni prednji tok doseže določeno vrednost, se izhodna optična moč močno poveča, kar povzroči lasersko nihanje. Ta tok se imenuje mejni tok, označen z ε. Izhodna karakteristična krivulja tipičnega polprevodniškega laserja je prikazana na sliki 3-6. Za stabilno in zanesljivo delovanje nižji kot je mejni tok, tem bolje.
Slika 3-6 Izhodne karakteristične krivulje tipičnega laserja
Spektralne značilnosti
Spektralne značilnosti laserja določajo predvsem njegovi vzdolžni modi. Tipične spektralne krivulje za več- in eno-načinske laserje so prikazane na slikah 3-7a in 3-7b. Tukaj, λ0predstavlja valovno dolžino, ki ustreza vrhuncu vzdolžnega načina z največjo sevalno močjo, ki se imenuje vrh valovne dolžine, običajno 850 nm, 1310 nm in 1550 nm; ΔλAje spektralna širina laserja, opredeljena kot širina valovne dolžine, ki ustreza ovojnici vzdolžnega načina, ki se zmanjša na polovico svoje največje vrednosti, znana tudi kot spektralna širina polne širine pri polovični največji (FWHM). Spektralna širina eno-načinskega laserja se imenuje tudi širina črte. Spektralna ovojnica več-načinskega laserja na splošno vsebuje 3-5 longitudinalnih načinov z vrednostjo Δλ približno 3-5 mm; dober enomodni laser ima vrednost Δλ približno 0,1 nm ali celo manjšo. Δλ je interval valovnih dolžin med dvema točkama na spektralni črti, kjer je spektralna moč sevanja longitudinalne module polovica največje vrednosti.
Slika 3-7 Spektralne značilnosti laserja
Za eno-vzdolžni-laser je razmerje zatiranja stranskega-moda (MSR) definirano kot razmerje med močjo glavnega načina P0na sekundarno stran-moč P0, in je merilo harmonične čistosti laserja.
MSR=10lg(3-6) Emisijski spekter laserja se spreminja z delovnimi pogoji. Ko je tok vbrizgavanja pod mejnim tokom, laser oddaja fluorescenco s širokim spektrom; ko se tok poveča do mejnega toka, se spekter nenadoma zoži, intenziteta se poveča in pride do laserja; ko se vbrizgalni tok še poveča, se ojačanje glavnega načina poveča, medtem ko se ojačanje stranskih-modov zmanjša, število nihajnih načinov se zmanjša in končno se pojavi en-longitudinalni laser. Razmerje med izhodnim spektrom laserja in vbrizgalnim tokom je prikazano na sliki 3-8.
Slika 3-8 Razmerje med laserskim izhodnim spektrom in injekcijskim tokom
Spektralno širino lahko predstavimo tudi s frekvenco. Na podlagi razmerja med frekvenco in valovno dolžino lahko dobimo:
Fotoelektrična učinkovitost
Fotoelektrični izkoristek je razmerje med električno in optično močjo. Lahko se izrazi na več načinov:
(1) Notranja kvantna učinkovitost Laserji oddajajo svetlobo z rekombinacijo elektronov in lukenj, vbrizganih v aktivno plast, vendar vsi vbrizgani elektroni in luknje ne morejo biti podvrženi sevalni rekombinaciji. Notranji kvantni izkoristek predstavlja razmerje med številom fotonov, ustvarjenih v aktivni plasti, in številom vbrizganih elektronskih -parov lukenj, tj. številom fotonov, ustvarjenih na časovno enoto - število vbrizganih elektronskih-parov lukenj na časovno enoto.
(2) Zunanja kvantna učinkovitost Notranja kvantna učinkovitost laserjev je lahko zelo visoka, nekateri celo blizu 100 %, vendar je dejansko število fotonov, ki jih odda laser, veliko nižje od števila fotonov, ustvarjenih v aktivni plasti. To je delno zato, ker fotone, ki nastanejo v območju oddajanja, absorbirajo drugi materiali, delno pa zato, ker učinek valovoda PN spoja močno zmanjša število fotonov, ki lahko uidejo iz vmesnika. Zato je zunanja kvantna učinkovitost, tj. skupna učinkovitost, definirana kot: (3-8) število emitiranih fotonov r - število vbrizganih parov elektron-luknja na časovno enoto. (3-9)
Temperaturne značilnosti
Značilnosti laserskega praga toka in izhodne optične moči kot funkcije temperature so znane kot temperaturne karakteristike. Krivulja, ki prikazuje mejni tok laserja v odvisnosti od temperature, je prikazana na sliki 3-9. Kot je razvidno iz slike, se mejni tok povečuje z naraščajočo temperaturo.
Za obravnavo temperaturne občutljivosti laserja je mogoče v pogonsko vezje implementirati temperaturno kompenzacijo ali pa uporabiti hladilnik za vzdrževanje temperaturne stabilnosti naprave. Običajno je laser pakiran skupaj s termistorjem, polprevodniškim hladilnikom itd., da tvori komponento.
Termistor se uporablja za zaznavanje temperature naprave in krmiljenje hladilnika, s čimer se doseže samodejni-zanki negativni povratni nadzor temperature.
Porazdeljeni povratni laser
Laserji s porazdeljeno povratno zvezo (DFB-LD) so vrsta laserja, ki lahko ustvari dinamično nadzorovane eno-načinske laserje, znane tudi kot dinamični eno-načinski laserji, kar pomeni, da so polprevodniški laserji, ki še vedno lahko delujejo v enem samem načinu pod visoko-hitrostno modulacijo. Izdelani so z jedkanjem valovite periodične rešetke v bližini aktivne plasti, ki zagotavlja optično ojačanje, v heterojunkcijskem laserju. Shematski diagram strukture laserja s porazdeljeno povratno zvezo je prikazan na sliki 3-10.
Slika 3-10 Shematski diagram porazdeljene protilaserske strukture
