Полупроводниковые лазеры, или лазеры на основе полупроводников, работают на принципе стимульированной эмиссии света, аналогично другим типам лазеров, но имеют особенности, связанные с физикой и структурой полупроводниковых материалов.

Принципы действия полупроводниковых лазеров:

Структура: Полупроводниковый лазер состоит из активной области, где происходит излучение, и оболочки, которая может быть выполнена из разных полупроводников. Обычно используется гетероструктура.

Энергетические уровни: Полупроводники имеют две основные зоны — валентную зону и зону проводимости. Электроны могут переходить из валентной зоны в зону проводимости, оставляя «дырки» в валентной зоне. Этот переход может быть вызван ионизацией (например, при подаче напряжения).

Инжекция носителей заряда: Чтобы создать лазерное излучение, в активную область инжектируются электроны и «дырки». Эти носители заряда рекомбинируют (соединяются), что приводит к эмиссии фотонов.

Стимулированная эмиссия: Когда фотон с энергией, соответствующей разности уровней между состояниями проводимости и валентной зоны, взаимодействует с носителем, может произойти стимулированная эмиссия — выброс нового фотона, который будет идти в том же направлении и иметь ту же фазу.

Резонатор: Полупроводниковые лазеры имеют оптический резонатор, часто в форме "плоские зеркала" (иливозникает использование структур с гетероэффектами). Это позволяет всем создаваемым фотонам (имманентного рвения к) «усиливаться» и генерировать когерентное лазерное излучение.

Факторы, влияющие на пороговую мощность и стабильность излучения:

Размер и структура активной области: Чем меньше активная область, тем выше пороговая мощность, необходимая для начала лазерного действия. Формы и размеры влияют на плотность инжекции носителей.

Температура: С увеличением температуры уменьшается эффективность рекомбинации и может изменяться ширина запрещённой зоны, что приводит к смещениям в катодных и анодных потенциалах, влияющим на порог.

Плотность токов и инжекция носителей: Высокая плотность может способствовать большему количеству рекомбинаций, но слишком высокая плотность может вызвать перегрев и ухудшение стабильности.

Качество материала: Наличие примесей и дефектов в полупроводниковом материале может негативно сказываться на характеристиках лазера, уменьшая эффективность и стабильность излучения.

Оптические свойства: Параметры, такие как отражательная способность зеркал резонатора, а также характеристики края (например, уровень диодного поглощения), могут значительно влиять на выходную мощность и стабильность.

Схема управления: Использование схем управления потоками и температурой может помочь в поддержании стабильности излучения и уменьшении пороговой мощности в зависимости от назначения лазера.

Эти факторы в совокупности определяют эффективность, пороговую мощность и стабильность полупроводниковых лазеров, что делает их важными компонентами в таких приложениях, как оптоволоконная связь, лазерные принтеры и различные диагностические системы.