Les lasers à semi-conducteurs sont des lasers à stade précoce et à développement rapide, faciles à fabriquer, peu coûteux, faciles à produire en série et de par leur petite taille, leur faible poids et leur longue durée de vie. Il a une large gamme et a plus de 300 types. Le principal domaine d’application des lasers à semi-conducteurs est le réseau local LAN (Gb LAN), et les lasers à semi-conducteurs de longueur d’onde 850 nm conviennent pour 1 Gh /. Le laser à semi-conducteur 1300nm-1550nm convient aux systèmes LAN 1OGb. La gamme d'applications des lasers à semi-conducteurs couvre tout le domaine de l'optoélectronique et est devenue la technologie de base de la science optoélectronique.
Les lasers à semi-conducteurs ont été largement utilisés dans les domaines suivants: télémétrie laser, radar laser, communication laser,
pointeur laser,etc., formant un vaste marché. En 1978, les lasers à semi-conducteurs ont commencé à être utilisés dans les systèmes de communication à fibres optiques. Les lasers à semi-conducteurs peuvent servir de sources de lumière et d’indicateurs pour les communications par fibres optiques, ainsi que de systèmes photoniques formés par des processus plans à circuits intégrés à grande échelle. En raison du fonctionnement ultra-petit, très efficace et à grande vitesse des lasers à semi-conducteurs, le développement de tels dispositifs a été étroitement intégré à la technologie de communication optique dès le début. Jusqu'à présent, il s'agit de la source de communication par fibre laser à la croissance la plus rapide et la plus importante dans le domaine de la communication optique. Les lasers à semi-conducteurs, associés à des fibres optiques à faibles pertes, ont eu un impact majeur sur les communications par fibre optique et ont accéléré son développement. Par conséquent, on peut dire que sans l'émergence de lasers à semi-conducteurs, il n'y a pas de communication optique en cours. De nos jours, tous les types de systèmes de transmission d'informations optiques à grande capacité et longue distance utilisent des lasers à semi-conducteurs à réaction (DFB-LD). Les lasers à semi-conducteurs sont également largement utilisés dans la technologie des disques optiques. La technologie du disque optique est une technologie complète intégrant la technologie informatique, la technologie laser et la technologie de communication numérique, une méthode de stockage d’informations à grande capacité, haute densité, rapide, efficace et économique. Il nécessite un faisceau de lumière généré par un laser à semi-conducteur pour écrire et lire des informations.
Le principe de fonctionnement du laser à semi-conducteur:
Selon la théorie des bandes d'énergie des solides, le niveau d'énergie des électrons dans un matériau semi-conducteur forme une bande d'énergie. La haute énergie est la bande de conduction, la basse énergie est la bande de valence et les deux bandes sont séparées par la bande interdite. Lorsque la paire d'électrons hors équilibre du semi-conducteur est introduite dans le composite, l'énergie libérée est rayonnée sous forme de luminescence, qui est la luminescence composite du support.
Il existe deux grandes catégories de matériaux semi-conducteurs couramment utilisés, les matériaux à bande interdite directe et les matériaux à bande interdite indirecte. Parmi eux, les matériaux semi-conducteurs à bande interdite directe tels que GaAs (arséniure de gallium) ont une probabilité de transition de rayonnement beaucoup plus grande que les matériaux semi-conducteurs à bande interdite indirects tels que Si, et le rendement lumineux est également beaucoup plus élevé.
Les conditions de base pour l’éclairage composite semi-conducteur permettant d’obtenir une émission stimulée (c.-à-d. Une génération laser) sont les suivantes:
(1) Pour générer une distribution d'inversion de population suffisante, c'est-à-dire que le nombre de particules de haute énergie est suffisamment plus grand que le nombre de particules à l'état de basse énergie;
(2) Il existe une cavité résonante appropriée qui peut jouer un rôle dans la rétroaction, de sorte que les photons de rayonnement excités prolifèrent, générant ainsi une oscillation laser;
(3) Pour répondre à certaines conditions de seuil, de sorte que le gain de photons soit égal ou supérieur à la perte de photons.
Le principe de fonctionnement du laser à semi-conducteur est une méthode d'excitation: le matériau semi-conducteur (utilisant des électrons) sert à éclairer entre les bandes d'énergie et le plan de clivage du cristal semi-conducteur sert à former deux surfaces de miroir parallèles formant des miroirs pour former une cavité résonante permettant l'oscillation et le retour de la lumière. Le rayonnement qui produit la lumière est amplifié et le laser est émis.
Avantages des lasers à semi-conducteurs: petite taille, poids léger, fonctionnement fiable, faible consommation d'énergie, rendement élevé, etc.
