ניו-טק מגזין | ספטמבר 2026 | המהדורה הדיגיטלית

נדרש לנתח את ההתנהגות הדינמית Double של מעגל דיודת לייזר מסוג באמצעות פרמטרי פיזור Heterojunction ). דיודת הלייזר Scattering Parameters ( מספקת קרן אור קוהרנטית בעוצמה גבוהה, הניתנת לאפנון לצורך העברת מידע מקודד בצפיפות גבוהה ובמהירות .) Fiber Optic גבוהה באמצעות סיב אופטי ( מאפייני תגובת האפנון של דיודת הלייזר נבדקים כדי למצוא את תנאי העבודה האופטימליים. תגובת האפנון נקבעת באמצעות פתרון נומרי של משוואות הקצב ). החיסרון של גישה זו הוא Rate Equations ( שהיא אינה מתחשבת בהשפעת הרכיבים הפרזיטיים של המארז ובאינטראקציות החשמליות של המעגל על תגובת האפנון. הפתרון הוא להשתמש בניתוח מעגלי המבוסס על המודל החשמלי המלא של או Double Heterostructure לייזר מסוג . המעגל השקול Quantum Well Laser המלא של דיודת הלייזר ניתן לחלוקה לשני חלקים: הראשון הוא המעגל החשמלי השקול הפנימי של שבב הלייזר והשני הוא המעגל החשמלי השקול של מארז הלייזר, הכולל את הרכיבים הפרזיטיים העיקריים. רכיבי המעגל החשמלי הפנימי נגזרים ממשוואות הקצב המצומדות, המתארות את יחסי הגומלין בין צפיפות נושאי המטען המוזרקים לבין צפיפות הפוטונים באזור הפעיל של דיודת הלייזר. אנו מגדירים את ההשפעות הפרזיטיות של תהליך הפליטה . τ ,) Latent Period המאולצת כזמן השהיה ( משוואות הקצב המצומדות של דיודת לייזר ) עם השהיה Single Mode חד - אופנית ( ניתנות על ידי משוואות דיפרנציאליות עם ), כדלהלן: DDEs השהיה ( ( ) ; = ( ) ; ( ) e e ph ph i i N N t N N t N N t = = ( ) ( ) 1 ( ( ) ) ( ) e e e om ph s dN t N t A N t N N t dt q a d τ τ τ = − ⋅ − − ⋅ − − ⋅ ⋅ ( ) ( ) ( ) ( ( ) ) ( ) ph ph e e om ph ph s dN t N t N t A N t N N t dt τ τ β τ τ = ⋅ − − ⋅ − − + ⋅ ,) Photon Density - צפיפות הפוטונים ( ph N ,) Electron Density - צפיפות האלקטרונים ( e N - עובי האזור הפעיל d - מטען האלקטרון, q - שטח פס המגע של a ,) Active Region ( , ) Diode Contact Stripe Area דיודת הלייזר ( ,) Injected Current - הינו הזרם המוזרק ( I - צפיפות האלקטרונים המינימלית om N - קבוע A הדרושה לקבלת הגבר חיובי, הקשור לתהליך הפליטה המאולצת

ההחזרה החלקית מהמראות בעלות , שווה ליחידה R 1 , R 2 מקדמי ההחזרה . אם ההגבר לאחר R 1 ∙ R 2 ∙ exp (2 ∙ g ∙ L)=1 מעבר הלוך ושוב קטן מאחד ), מספר הפוטונים ילך R 1 ∙ R 2 ∙ exp (2 ∙ g ∙ L)<1 ( ויקטן באופן רציף. אם ההגבר לאחר מעבר ,) R 1 ∙ R 2 ∙ exp (2 ∙ g ∙ L)>1 הלוך ושוב גדול מאחד ( מספר הפוטונים ימשיך לגדול בזמן שהם נעים הלוך ושוב בחלל, ולא יתקבל מצב יציב. ההגבר הנדרש הדרוש לזירה הוא: . 1 2 1 1 ln( ) 2 g L R R = ⋅ ⋅ ⋅ תהליך פעולת הלייזר: בתחילת הפעולה, כאשר לא מוזרם זרם לדיודת הלייזר, ההגבר ) Absorption שלילי משום שתהליך הבליעה ( שולט במוליך הגל. כאשר זרם הלייזר גדל, תחילה הבליעה פוחתת וההגבר גדל. ערך הזרם שבו ההגבר מקיים את תנאי הלזירה .) th I (, ) Threshold Current נקרא זרם הסף ( כאשר הזרם קטן מזרם הסף, נפלטת מן הלייזר עוצמת אור נמוכה מאוד. באספקת ) out P זרם הגדול מזרם הסף, הספק המוצא ( של הלייזר גדל באופן ליניארי עם הזרם המוזרם. הספק המוצא ניתן על ידי: היא האנרגיה h ν ⋅ , ( ) out th h P I I q ν η ⋅ = ⋅ ⋅ − לפוטון אחד. ) מציין שרק חלק מן הפוטונים η המקדם ( הנוצרים תורמים להספק המוצא, משום שחלק מן הפוטונים אובד דרך המראה השנייה ובשל הפסדים במוליך הגל. דיודת ) Cavity הלייזר מורכבת מ: חלל אופטי ( הממוקם בין שתי מראות בעלות מקדמי ), ותווך שמשמש כמגביר R 1 , R 2 החזרה ( . האופן Quantum Well ) כגון Gain Medium ( ) נוצר כתוצאה Optical Mode האופטי ( מפליטה ספונטנית ונלכד בתוך החלל באמצעות מוליך הגל. האופן האופטי מוגבר על ידי התווך המגביר ומוחזר באופן חלקי ) Modal Gain מן המראות. ההגבר המודאלי ( תלוי בהגבר התווך, כשהוא מוכפל במקדם ) בין התווך Confinement Factor החפיפה ( confinement המגביר לבין האופן האופטי ( . ( ) g N ⋅Γ ). ההגבר המודאלי הוא: factor הלזירה מתקבלת כאשר ההגבר האופטי לאחר מעבר הלוך ושוב שווה לסך ההפסדים. ) ( ) g N ⋅Γ עבור לייזר בעל הגבר מודאלי ( ), מתקיים: α והפסדי מוליך גל ( הוא אורך L , 1 2 exp[2(( ) ) ] 1 R R g N L α ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ = חלל הלייזר. ההפסד המפוזר של המראות . 1 2 1 1 ln( ) L R R ⋅ ⋅ הוא:

זמן - s τ ,) Stimulated Emission ( החיים של הפליטה הספונטנית זמן - ph τ ,) Spontaneous Emission Lifetime ( - β ,) Photon Lifetime החיים של הפוטון ( השבר של הפליטה הספונטנית המצומד למוד ). מודל המשוואות Lasing Mode הלייזר ( הדיפרנציאליות מניח כי היפוך האוכלוסייה ) הוא הומוגני, וכי Population Inversion ( . om N ל- e N ההגבר ליניארי בהפרש שבין ) היא פונקציה e N ( צפיפות נושאי המטען היא i N ,) Junction Voltage של מתח הצומת ( Intrinsic צפיפות נושאי המטען האינטרינזית ( ), הוא מתח הצומת. משוואת Carrier Density צפיפות נושאי המטען היא: exp( ) ; ( ) ( ) exp( ) 2 2 e i e i q V q V N N N t N t k T k T τ τ ⋅ ⋅ = ⋅ − = − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ( ) ( ) ( ) ( ) exp( ) ; exp( ) 2 2 e i e i dN t dN t q V q V N t N t k T dt dt k T ⋅ ⋅ = ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ המעגל החשמלי השקול המלא של דיודת לייזר ניתן לחלוקה לשני חלקים. החלק הראשון מייצג את המעגל החשמלי השקול Intrinsic Electrical Equivalent הפנימי ( ) של שבב הלייזר עצמו. החלק השני Circuit מייצג את המעגל החשמלי השקול של מארז ) Package Equivalent Circuit הלייזר ( Parasitic הכולל את הרכיבים הפרזיטיים ( ) העיקריים. רכיבי המעגל השקול Elements הפנימי של הלייזר נגזרים ממשוואות הקצב ,) Coupled Rate Equations המצומדות ( המתארות את יחסי הגומלין בין צפיפות נושאי המטען המוזרקים לבין צפיפות הפוטונים באזור הפעיל של דיודת הלייזר. הוגדרו הפרמטרים של משוואות הקצב המצומדות עבור דיודת לייזר חד-אופנית ). צפיפות נושאי Single - Mode Laser Diode ( המטען מתוארת כפונקציה של מתח הצומת , 2 qV k T e i N N e ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ) במשוואה Junction Voltage ( - צפיפות נושאי המטען האינטרינזית i N - מתח V ,) Intrinsic Carrier Density ( - ההתנגדות d R . Junction Voltage הצומת Differential הדיפרנציאלית של דיודת הלייזר ( , מייצגים את 0 e n , 0 ph n , om n ) ו - Resistance Normalized ערכי המצב היציב המנורמלים ( ) של המשתנים Steady - State Values , בהתאמה. 0 e n , 0 ph n , om n ( ) ( ) 1 exp( ) exp( ) ( ( ⋅ ) exp( ) ) N N t ( ) − − 2 2 2 i i i om ph s τ dN t N t q V ⋅ q V ⋅ q V ⋅ A − ⋅ N t dt q a d ⋅ ⋅ k T k T k T τ − ⋅ τ = ⋅ − − − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ( ) ( ) ( ( A N t ) exp( ) ) N N t ( ) − − ( ) exp( ⋅ ) 2 2 ph dN t ph N t i om ph i ph s τ q V ⋅ ⋅ ⋅ q V ⋅ ⋅ ⋅ N t dt k T k T β τ − ⋅ τ τ = ⋅ − ⋅ + ⋅ . מעגל שקול חשמלי פנימי 2 של דיודת לייזר ומארז

49 l New-Tech Magazine