Luận Văn Về Tính Toán Thông Số Quang Học Của Laser Bán Dẫn Công Suất Cao DFB

Laser bán dẫn công suất cao DFB đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng quang phổ phân giải cao nhờ vào những ưu điểm như kích thước nhỏ gọn, công suất cao và độ rộng phổ hẹp. Đặc biệt, độ rộng phổ của DFB laser có thể đạt mức hàng chục kHz, điều này cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như viễn thông và cảm biến quang học. Tuy nhiên, các tính chất quang học của laser phụ thuộc vào nhiều thông số quang học cơ bản như chiều dài buồng cộng hưởng, hệ số ghép mode và hệ số phản xạ của gương. Việc nghiên cứu và tính toán các thông số này là cần thiết để đánh giá hiệu suất của laser sau khi chế tạo. Do đó, đề tài "TÍNH TOÁN THÔNG SỐ QUANG HỌC CƠ BẢN CỦA LASER BÁN DẪN CÔNG SUẤT CAO DFB" được lựa chọn nhằm xác định các thông số quang học cơ bản của laser DFB 780 nm.

Cấu trúc giếng lượng tử (QW) là một trong những yếu tố quan trọng trong thiết kế laser bán dẫn công suất cao. Giếng lượng tử cho phép giam giữ hạt tải trong không gian hai chiều, từ đó tạo ra các mức năng lượng rời rạc. Độ dày của QW thường từ vài nanomet đến vài chục nanomet, và các hạt tải được bơm vào giếng này có thể bị bắt giữ bởi các hàng rào thế của vật liệu có khe năng lượng lớn hơn. Điều này dẫn đến mật độ trạng thái điện tử cao hơn, giúp tăng cường hiệu suất tái hợp bức xạ. Việc sử dụng cấu trúc giếng lượng tử giúp giảm dòng ngưỡng và tăng hiệu suất hoạt động của laser. Các nghiên cứu cho thấy rằng mật độ hạt tải trong giếng lượng tử có giá trị cực đại lớn hơn so với cấu trúc dị thể khối, từ đó nâng cao hiệu suất quang điện của laser.

Khuếch đại quang trong laser bán dẫn diễn ra trong lớp tích cực, nơi cường độ sóng quang được tăng cường. Hệ số khuếch đại quang g phụ thuộc vào mật độ hạt tải và các yếu tố như hệ số hấp thụ. Điều kiện ngưỡng là điểm mà sự khuếch đại bù trừ được sự hấp thụ nội và mất mát ở gương. Hệ số khuếch đại ngưỡng gth là giá trị tối thiểu cần đạt được để laser bắt đầu phát. Sự phát laser xảy ra khi hệ số khuếch đại mode lớn hơn mất mát mode thuần. Các yếu tố như chiều dài buồng cộng hưởng và hệ số phản xạ của gương cũng ảnh hưởng đến điều kiện ngưỡng. Việc hiểu rõ về khuếch đại quang và điều kiện ngưỡng là rất quan trọng để tối ưu hóa thiết kế laser.

Tính toán các thông số quang học cơ bản của laser bán dẫn DFB là một phần quan trọng trong nghiên cứu. Phương pháp tính toán thường sử dụng hàm Green để phân tích phổ khuếch đại của laser. Các thông số như chiều dài buồng cộng hưởng, hệ số ghép mode và hệ số phản xạ được xác định thông qua các phép đo thực nghiệm. Kết quả tính toán giúp đánh giá hiệu suất của laser và đưa ra các phản hồi cần thiết cho quá trình chế tạo. Việc xác định chính xác các thông số này không chỉ giúp cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong công nghệ quang học.

Kết quả đo đạc laser DFB 780 nm cho thấy các đặc trưng công suất và phổ khuếch đại đạt được theo các thông số đã tính toán. Các thông số quan trọng như dòng ngưỡng và hiệu suất tái hợp bức xạ được xác định rõ ràng. Phân tích các kết quả này cho thấy sự tương quan giữa các thông số quang học và hiệu suất hoạt động của laser. Việc so sánh giữa các laser khác nhau cũng giúp rút ra những bài học quý giá cho việc thiết kế và chế tạo laser trong tương lai. Những kết quả này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc phát triển các sản phẩm laser công suất cao.