ნახევარგამტარული ლაზერის მუშაობის პრინციპი

მუშაობის პრინციპინახევარგამტარული ლაზერი

პირველ რიგში, წარმოდგენილია ნახევარგამტარული ლაზერების პარამეტრების მოთხოვნები, რომლებიც ძირითადად მოიცავს შემდეგ ასპექტებს:
1. ფოტოელექტრული მახასიათებლები: ჩაქრობის კოეფიციენტის, დინამიური ხაზის სიგანის და სხვა პარამეტრების ჩათვლით, ეს პარამეტრები პირდაპირ გავლენას ახდენს ნახევარგამტარული ლაზერების მუშაობაზე საკომუნიკაციო სისტემებში.
2. სტრუქტურული პარამეტრები: როგორიცაა სინათლის ზომა და განლაგება, ამოღების ბოლოს განსაზღვრა, ინსტალაციის ზომა და კონტურის ზომა.
3. ტალღის სიგრძე: ნახევარგამტარული ლაზერის ტალღის სიგრძის დიაპაზონია 650~1650 ნმ და სიზუსტე მაღალია.
4. ზღურბლოვანი დენი (Ith) და სამუშაო დენი (lop): ეს პარამეტრები განსაზღვრავს ნახევარგამტარული ლაზერის გაშვების პირობებს და სამუშაო მდგომარეობას.
5. სიმძლავრე და ძაბვა: ნახევარგამტარული ლაზერის მუშაობისას სიმძლავრის, ძაბვისა და დენის გაზომვით, შესაძლებელია PV, PI და IV მრუდების დახაზვა მათი სამუშაო მახასიათებლების გასაგებად.

მუშაობის პრინციპი
1. გაძლიერების პირობები: ლაზერულ გარემოში (აქტიური რეგიონი) დადგენილია მუხტის მატარებლების ინვერსიული განაწილება. ნახევარგამტარში ელექტრონების ენერგია წარმოდგენილია თითქმის უწყვეტი ენერგეტიკული დონეების სერიით. ამიტომ, ნაწილაკების რაოდენობის ინვერსიის მისაღწევად, მაღალი ენერგიის მდგომარეობაში გამტარობის ზოლის ქვედა ნაწილში ელექტრონების რაოდენობა გაცილებით მეტი უნდა იყოს, ვიდრე დაბალი ენერგიის მდგომარეობაში ორ ენერგეტიკულ ზოლს შორის ვალენტური ზოლის ზედა ნაწილში არსებული ხვრელების რაოდენობა. ეს მიიღწევა ჰომოშეერთებაზე ან ჰეტეროშეერთებაზე დადებითი გადახრის გამოყენებით და საჭირო მატარებლების აქტიურ ფენაში შეყვანით, რათა ელექტრონები აღიგზნოს დაბალი ენერგიის ვალენტური ზოლიდან მაღალი ენერგიის გამტარობის ზოლში. როდესაც შებრუნებული ნაწილაკების პოპულაციის მდგომარეობაში მყოფი ელექტრონების დიდი რაოდენობა ხვრელებს უერთდება, ხდება სტიმულირებული ემისია.
2. კოჰერენტული სტიმულირებული გამოსხივების რეალურად მისაღებად, სტიმულირებული გამოსხივება რამდენჯერმე უნდა დაუბრუნდეს ოპტიკურ რეზონატორს ლაზერული რხევის წარმოსაქმნელად. ლაზერის რეზონატორი წარმოიქმნება ნახევარგამტარული კრისტალის ბუნებრივი გახლეჩის ზედაპირით სარკის სახით, რომელიც, როგორც წესი, სინათლის ბოლოზე დაფარულია მაღალი არეკვლის მრავალშრიანი დიელექტრული აპკით, ხოლო გლუვი ზედაპირი დაფარულია შემცირებული არეკვლის აპკით. Fp ღრუს (ფაბრი-პეროს ღრუს) ნახევარგამტარული ლაზერის შემთხვევაში, FP ღრუს აგება მარტივად შეიძლება კრისტალის pn შეერთების სიბრტყის პერპენდიკულარული ბუნებრივი გახლეჩის სიბრტყის გამოყენებით.
(3) სტაბილური რხევის შესაქმნელად, ლაზერულ გარემოს უნდა შეეძლოს საკმარისად დიდი გაძლიერების უზრუნველყოფა, რათა კომპენსირება გაუწიოს რეზონატორის მიერ გამოწვეულ ოპტიკურ დანაკარგს და ღრუს ზედაპირიდან ლაზერის გამომავალი სიგნალის დანაკარგს და მუდმივად გაზარდოს ღრუში სინათლის ველი. მას უნდა ჰქონდეს საკმარისად ძლიერი დენის ინექცია, ანუ საკმარისი ნაწილაკების რაოდენობის ინვერსია, რაც უფრო მაღალია ნაწილაკების რაოდენობის ინვერსიის ხარისხი, მით უფრო დიდია გაძლიერების სიგნალი, ანუ მოთხოვნა უნდა აკმაყოფილებდეს გარკვეულ დენის ზღურბლურ პირობას. როდესაც ლაზერი მიაღწევს ზღურბლს, კონკრეტული ტალღის სიგრძის სინათლე შეიძლება რეზონირდეს ღრუში და გაძლიერდეს, საბოლოოდ კი წარმოქმნას ლაზერი და უწყვეტი გამომავალი სიგნალი.

შესრულების მოთხოვნა
1. მოდულაციის გამტარობა და სიჩქარე: ნახევარგამტარული ლაზერები და მათი მოდულაციის ტექნოლოგია უმნიშვნელოვანესია უკაბელო ოპტიკურ კომუნიკაციაში და მოდულაციის გამტარობა და სიჩქარე პირდაპირ გავლენას ახდენს კომუნიკაციის ხარისხზე. შინაგანად მოდულირებული ლაზერი (პირდაპირ მოდულირებული ლაზერი) გამოსადეგია ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციის სხვადასხვა სფეროსთვის, მისი მაღალი სიჩქარის გადაცემისა და დაბალი ღირებულების გამო.
2. სპექტრული მახასიათებლები და მოდულაციის მახასიათებლები: ნახევარგამტარული განაწილებული უკუკავშირის ლაზერები (DFB ლაზერი) მათი შესანიშნავი სპექტრული და მოდულაციური მახასიათებლების გამო, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციისა და კოსმოსური ოპტიკურ კომუნიკაციაში მნიშვნელოვან სინათლის წყაროდ იქცა.
3. ღირებულება და მასობრივი წარმოება: ნახევარგამტარული ლაზერები უნდა ფლობდნენ დაბალი ღირებულებისა და მასობრივი წარმოების უპირატესობებს, რათა დააკმაყოფილონ ფართომასშტაბიანი წარმოებისა და გამოყენების საჭიროებები.
4. ენერგომოხმარება და საიმედოობა: ისეთ აპლიკაციებში, როგორიცაა მონაცემთა ცენტრები, ნახევარგამტარული ლაზერები მოითხოვს დაბალი ენერგომოხმარებას და მაღალ საიმედოობას ხანგრძლივი სტაბილური მუშაობის უზრუნველსაყოფად.