پایان نامه ارتباط بین طیف خروجی و کاواک در لیزر نیمه هادی

پایان نامه ارتباط بین طیف خروجی و کاواک در لیزر نیمه هادی

Relation between output spectrum and cavity in semiconductor laser

چکیده پایان نامه

در این پایان نامه، ساختارهای مختلف لیزر نیمه هادی و خروجی آنها مورد بررسی قرار گرفته است و عوامل موثر بر این خروجی ها همچون جریان آستانه و تلفات اپتیکی بیان شده است. در نهایت با استفاده از طیف های دیود لیزری طول کاواک لیزر محاسبه شده است.

ساختار دیود لیزری از 5 لایه رو نشستی توسط دستگاه LPE تهیه شده است که ضخامت لایه میانی یا لایه فعال برابر 05/0 میکرون می باشد. چگالی ناخالصی توسط دستگاه SIMS مورد بررسی قرار گرفته است که نشان می دهد چگالی ناخالصی در عرض لایه رونشستی کاملاً یکنواخت است و ضخامت لایه ها از 8 میکرون تا 05/0 میکرون به وسیله دستگاه AFM اندازه گیری شده است. شدت جریان آستانه در حدود A/cm2 70 برای تراشه ای به طول و عرض 200*300 میکرون محاسبه شده است. مدهای ظاهر شده در شدت جریان بالاتر از آستانه، Ith ، کاملاً مشهود است که نشان می دهد دیود ساخته شده پرتو لیزری از خود تابش می کند. در نهایت با استفاده از رابطه ∆λ=((λ²)/(2Ln_G))∆q طول کاواک برای طیف های به دست آمده محاسبه شده که مقدار 206 میکرون به دست آمده است که با مقدار تجربی 6% خطا وجود دارد.

مقدمه ای بر لیزر (مبانی لیزر)

مقدمه:

تا سال 1960 اپتیک، صنعت نسبتاً کوچکی را تشکیل می داد که مباحث نسبتاً جامع و تکامل یافته چون ابزارهای نوری، دوربین ها، میکروسکوپ ها، و کاربردهای عملی را در بر می گرفت بعدها لیزر پای بر صحنه نهاد ابتدا لیزر یاقوت، گازی و سپس لیزر تزریقی نیمرسانا اوایل، بصورت اساسی به کاربردهای لیزر دست نیافته بودند اما در مرحله جدیدتر توانستند به امکانات بالقوه لیزر در مخابرات، در پردازش، ذخیره و بازاریابی اطلاعات در جراحی چشم از طریق لیزر، الگوی برش لیزری، برش فولاد با لیزر و استفاده از لیزر در مرحله ای از تولید سوخت هسته ای و دگرگونی های عظیم در مخابرات نوری و ...دست یابند

پیدایش تارهای شیشه ای بسیار کم اتلاف باعث شده است که مخابرات لیزر، جایگزین بسیار باارزش برای اتصال های سیمی مطرح شود بطور کلی لیزر تحول عظیمی در زندگی بشر و دنیای اطلاعات و ...بر جای گذاشت اهمیت لیزر نیمه هادی، بیشتر بخاطر داشتن ساختار بسیار کوچک و نسبتاً ارزان با قابلیت بسیار زیاد در صنایع مخابرات می باشد بسامد نخستین لیزر، یاقوت، در طول موج عبارتست از که کمیت مورد توجه هر مهندس مخابرات است حال اگر فقط 1% از این بسامد حامل برای پهنای باند اطلاعاتی بکار گرفته شود در این صورت یک کانال مخابراتی فراهم می آید که ظرفیت آن دو تا سه مرتبه بزرگی (102 تا 103) از پهن ترین کانال های موجود بیشتر است

برخی ارتباط های تقویت رادیویی میکروموجی که شرکت مخابرات از آن ها بهره می گیرد دارای پهنای باند اطلاعاتی، شامل 10% از بسامدهای حاصل است در نتیجه یک باریکه لیزر می تواند تعداد زیادی برنامه تلویزیونی (با پهنای باند MHZ5) و تعداد زیادی مکالمه تلفنی (پهنای باند برای هر مکالمه تلفنی KHZ40) را به صورت همزمان منتقل کند

هدف:

هدف از انتخاب این موضوع، لیزر نیمه هادی، از چندین بخش تشکیل یافته است:

1- لیزر نیمه هادی به خاطر سهولت کاربرد و کارایی وسیع آن در مخابرات از مهمترین نوع لیزرها می باشد

2- توان الکتریکی مصرف شده برای راه اندازی لیزر نیم رسانا بسیار پایین تر از سایز لیزرها می باشد چنین لیزری ممکن است با بازده بالای 50% کار کند علت بالا بودن بازده، بخاطر کوچک بودن ابعاد و در نتیجه بالا رفتن چگالی جریان می باشد

3- در لیزر نیمه هادی آینه معمولی، به عنوان فیدبک اپتیکی وجود ندارد در چنین لیزری آینه های لیزری، از برش (کلیو) نمودن ساختار بلوری ایجاد می شود

4- قابلیت کنترل خروجی با استفاده از تغییرات در ساختار نیمه هادی (اعم از ناخالصی ها و گاف نوار و ...)

...

در این مطالعه، سعی شده است تا با بررسی روابط میان پارامترهای مختلف اعم از جریان آستانه، توان خروجی، اثرات موجبری و ...بتوان با تقریب خوبی، خروجی مورد نظر در کارهای مختلف را تولید نمود

شباهت و تفاوت لیزر نیمه هادی با سایر لیزرها

لیزرهای نیمه هادی شبیه سایر لیزرها (لیزر حالت جامد، یاقوت و ...) هستند و در آنها تابش گسیلی دارای همدوسی زمانی و مکانی بوده و پرتو لیزری آنها بسیار تک رنگ (پهنای باند کوچک) و از راستاییِ زیادی، برخوردار هستند اما لیزرهای نیمه هادی در بعضی جنبه ها با سایر لیزرها تفاوتهایی دارند از جمله:

فهرست مطالب پایان نامه

چکیده

فصل اول : مقدمه ای بر لیزر (مبانی لیزر)

مقدمه

هدف

شباهت و تفاوت لیزر نیمه هادی با سایر لیزر ها

خواص بار یکه لیزر

انواع لیزر

وارونی انبوهی

پهن شدگی طیفی و انواع آن

انواع کاواک نوری (فیدبک)

برهم نهی امواج الکترومغناطیسی

فصل دوم : لیزر نیمه هادی و انواع ساختار آن

مواد نیمه هادی

بازده گسیل خودبخودی

انواع باز ترکیب

گاف انرژی و انواع آن

وارونی انبوهی و روش پمپاژ در لیزر نیمه هادی

اتصال p- n اولین تحقق لیزر نیمه هادی

انواع ساختار ها

ساختار DFB

تاثیرات دما به طیف گسیلی ساختار ها

مختصری راجع به بحث نوری

لیزر های نیمه هادی و دیود های نور گسیل

جریان آستانه خروجی

روش های بهبود و افزایش بازده کوانتومی داخلی

لزوم اتصالات اهمی

فصل سوم : طیف خروجی لیزر نیمه هادی و عوامل مؤثر بر آن

تغییرات چگالی جریان آستانه و فشار هیدروستاتیکی

واگرایی پرتو خروجی

خروجی ساختار ها

محاسبه پهنای طیف در لیزر های نیمه هادی در ساختار های مختلف

انواع پهنای طیف

کوک پذیری لیزر نیمه هادی

روابط و معادلات مهم در تولید و بازترکیب حامل ها

بهره در حالت پایا و جریان آستانه

اهمیت کاواک لیزر

مدهای تولید شده در داخل کاواک

تفاوت اساسی مدهای طولی و عرضی

فصل چهارم : بررسی و تحلیل طیف های خروجی (کارهای تجربی)

پیشنهادات و نتایج

انواع اتصال دیود و طیف خروجی

مشخصه ولتاژ- جریان (V- I)

مشخصه جریان- مقاومت دینامیکی

مشخصه جریان- توان (P- I)

مشخصه جریان- راندمان کوانتومی دیفرانسیلی

مشخصه توان طول موج

نمودارهای تجربی

نتایج

پیشنهادات

منابع فارسی

منابع لاتین