Panjang gelombang emisi
ItuemisiPanjang gelombang laser bergantung pada energi yang dilepaskan ketika elektron bertransisi dari pita konduksi ke pita valensi, yang kira-kira sama dengan celah pita E (eV).
hf=Eg--(3.4)
Karena c=f, dengan f dan λ masing-masing adalah frekuensi dan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan, c=3 × 10⁻³ m/s, h=6.628 × 10⁻³ J·s, dan 1 eV=1.60 × 10⁻¹ J, maka substitusikan ke persamaan (3-4) menghasilkan:
Karena celah pita berkaitan dengan komposisi dan kandungan bahan semikonduktor, laser dengan panjang gelombang emisi berbeda dapat dibuat berdasarkan prinsip ini.
Karakteristik ambang batas (Karakteristik P-I)
Untuk laser, ketika arus maju yang diterapkan mencapai nilai tertentu, daya optik keluaran meningkat tajam, sehingga terjadi osilasi laser. Arus ini disebut arus ambang batas, dilambangkan dengan ε. Kurva karakteristik keluaran laser semikonduktor tipikal ditunjukkan pada Gambar 3-6. Untuk pengoperasian yang stabil dan andal, semakin rendah arus ambang batas, semakin baik.
Gambar 3-6 Kurva karakteristik keluaran laser pada umumnya
Karakteristik spektral
Karakteristik spektral laser terutama ditentukan oleh mode longitudinalnya. Kurva spektral tipikal untuk laser multi-mode dan-mode tunggal ditunjukkan pada Gambar 3-7a dan 3-7b. Di sini, λ0mewakili panjang gelombang yang sesuai dengan puncak mode longitudinal dengan daya radiasi maksimum, yang disebut panjang gelombang puncak, biasanya 850 nm, 1310 nm, dan 1550 nm; ΔλAadalah lebar spektral laser, yang didefinisikan sebagai lebar panjang gelombang yang sesuai dengan selubung mode longitudinal yang berkurang hingga setengah nilai maksimumnya, juga dikenal sebagai lebar spektral penuh pada setengah maksimum (FWHM). Lebar spektral laser mode-tunggal juga disebut lebar garis. Selubung spektral laser multi-mode umumnya berisi 3-5 mode longitudinal, dengan nilai Δλ sekitar 3-5 mm; laser mode tunggal yang baik memiliki nilai Δλ sekitar 0,1 nm, atau bahkan lebih kecil. Δλ adalah interval panjang gelombang antara dua titik pada garis spektrum di mana daya radiasi spektral mode longitudinal adalah setengah dari nilai maksimumnya.
Gambar 3-7 Karakteristik spektral laser
Untuk laser mode-longitudinal-tunggal, rasio penekanan mode-samping (MSR) didefinisikan sebagai rasio daya mode utama P0ke sisi sekunder-mode daya P0, dan ini adalah ukuran kemurnian harmonik laser.
MSR=10lg(3-6) Spektrum emisi laser berubah sesuai kondisi pengoperasian. Ketika arus injeksi di bawah arus ambang batas, laser memancarkan fluoresensi dengan spektrum luas; ketika arus meningkat hingga arus ambang batas, spektrum tiba-tiba menyempit, intensitas meningkat, dan terjadi penguatan; ketika arus injeksi semakin meningkat, penguatan mode utama meningkat, sedangkan penguatan mode samping-menurun, jumlah mode osilasi berkurang, dan akhirnya, laser-mode longitudinal tunggal muncul. Hubungan antara spektrum keluaran laser dan arus injeksi ditunjukkan pada Gambar 3-8.
Gambar 3-8 Hubungan antara spektrum keluaran laser dan arus injeksi
Lebar spektral juga dapat direpresentasikan dengan frekuensi. Berdasarkan hubungan antara frekuensi dan panjang gelombang, diperoleh:
Efisiensi fotolistrik
Efisiensi fotolistrik adalah rasio daya listrik terhadap daya optik. Hal ini dapat diungkapkan dalam beberapa cara:
(1) Efisiensi kuantum internal Laser memancarkan cahaya melalui rekombinasi elektron dan lubang yang disuntikkan ke lapisan aktif, namun tidak semua elektron dan lubang yang disuntikkan dapat mengalami rekombinasi radiasi. Efisiensi kuantum internal menyatakan rasio jumlah foton yang dihasilkan pada lapisan aktif dengan jumlah pasangan lubang elektron-yang diinjeksikan, yakni jumlah foton yang dihasilkan per satuan waktu - jumlah pasangan lubang elektron yang diinjeksi-per satuan waktu.
(2) Efisiensi kuantum eksternal Efisiensi kuantum internal laser dapat dibuat sangat tinggi, bahkan ada yang mendekati 100%, namun jumlah foton sebenarnya yang dipancarkan oleh laser jauh lebih rendah daripada jumlah foton yang dihasilkan di lapisan aktif. Hal ini sebagian karena foton yang dihasilkan di daerah pemancar diserap oleh material lain, dan sebagian lagi karena efek pandu gelombang dari sambungan PN sangat mengurangi jumlah foton yang dapat keluar dari antarmuka. Oleh karena itu, efisiensi kuantum eksternal, yaitu efisiensi total, didefinisikan sebagai: (3-8) jumlah foton yang dipancarkan r - jumlah pasangan lubang elektron yang disuntikkan per satuan waktu. (3-9)
Karakteristik suhu
Karakteristik arus ambang laser dan daya optik keluaran sebagai fungsi suhu dikenal sebagai karakteristik suhu. Kurva yang menunjukkan arus ambang laser versus suhu ditunjukkan pada Gambar 3-9. Seperti dapat dilihat dari gambar, arus ambang batas meningkat seiring dengan meningkatnya suhu.
Untuk mengatasi sensitivitas suhu laser, kompensasi suhu dapat diterapkan di sirkuit penggerak, atau pendingin dapat digunakan untuk menjaga stabilitas suhu perangkat. Biasanya, laser dikemas bersama dengan termistor, pendingin semikonduktor, dll., untuk membentuk suatu komponen.
Termistor digunakan untuk mendeteksi suhu perangkat dan mengontrol pendingin, sehingga menghasilkan kontrol suhu otomatis umpan balik negatif loop tertutup.
Laser umpan balik terdistribusi
Laser umpan balik terdistribusi (DFB-LD) adalah jenis laser yang mampu menghasilkan laser mode-tunggal yang dikontrol secara dinamis, juga dikenal sebagai laser mode-tunggal dinamis, yang berarti laser semikonduktor yang masih dapat beroperasi dalam mode tunggal dalam modulasi-kecepatan tinggi. Mereka dibuat dengan mengetsa kisi periodik bergelombang di dekat lapisan aktif, yang memberikan amplifikasi optik, dalam laser heterojungsi. Diagram skema struktur laser umpan balik terdistribusi ditunjukkan pada Gambar 3-10.
Gambar 3-10 Diagram skema struktur anti-laser terdistribusi
