Semiconductor Lasers

Lasers semicondutores Sumário – Princípios básicos: emissão e absorção de radiação – Realimentação óptica: condição limiar – Equações de taxa: resposta a um degrau – Potência emitida, eficiência quântica externa – Lasers multimodo:Estrutura e espectro de emissão – Lasers monmodo e sua estrutura – Modulação de díodos laser e largura de banda – Efeitos da temperatura – Fiabilidade

Henrique salgado, Optical Communication Systems (MEEC-OCT)

Lasers semicondutores • Laser: Light Emission by Stimulated Emission of Radiation • Emissão e absorção de radiação

• Condição para emissão estimulada – Inversão de população ->injecção de electrões – Realimentação (ganho superior às perdas)

Henrique salgado, Optical Communication Systems (MEEC-OCT)

Lasers semicondutores • Laser Fabry-Perot (multimodo) – Cavidade ressonante

• Realimentação óptica

Henrique salgado, Optical Communication Systems (MEEC-OCT)

Laser multimode spectrum

Lasers semicodutores • Curva potência óptica-corrente

– A relaç ã o entre a potência óptica gerada internamente e a corrente injectada foi obtida teóricamente, a partir das equações de taxa, assumindo eficiência quântica interna igual à unidade:

Gt ph j = hi (I - Ith ), I > Ith eV j - número de fotões emitidos/volume

†

Henrique salgado, Optical Communication Systems (MEEC-OCT)

Laser semicondutores • Eficiências de conversão – Eficiência Eléctrica he=Pout/VfIf – Eficiência Total : razão entre o nº de fotões emitidos e o nº de electrões injectados (Eg em eV)

hT @

Pout IE g

– Eficiência quântica interna: razão entre o nº de fotões gerados na cavidade e o nº de electrões injectados (próximo da unidade)

†

– Eficiência quântica externa (diferencial): razão entre o aumento do nº de fotões emitidos acima do limiar e o aumento do nº de electrões injectados

hext @

1 dP Gg - a = hi th E g dI Ggth

†

Henrique salgado, Optical Communication Systems (MEEC-OCT)

Laser semicondutores • Reposta a um degrau em corrente

Laser large signal turn-on response to a current step at t=0 with 100 ps rise time and an amplitude of 2Ith (Ioff/Ith = 1.1).

Henrique salgado, Optical Communication Systems (MEEC-OCT)

Lasers semicondutores • Estrutura – Gain-guide – Index-guided

Henrique salgado, Optical Communication Systems (MEEC-OCT)

Lasers semicondutores • Fiabilidade

Henrique salgado, Optical Communication Systems (MEEC-OCT)

Bibliografia •

G. Keiser, “Optical fiber communications” communications”, (3rd Ed.), McGraw-Hill, 2001

•

J. M. Senior, “Optical Fiber Communications” Communications”, (2nd Ed)., Prentice Hall, 1992

•

J. Gowar, Gowar, Optical communications systems, Prentice Hall, 1983

•

H. M. Salgado, “Performance assessment of subcarrier multiplexed optical systems: implications of laser nonlinearities” nonlinearities”, Phd thesis, University of Wales, Bangor, 1993

Henrique salgado, Optical Communication Systems (MEEC-OCT)