ارتباط بین طیف خروجی و كاواك در لیزر نیمه هادی

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 اپتیكی بیان شده است. در نهایت با استفاده از طیف های دیود لیزری طول كاواك لیزر محاسبه شده است.

ساختار دیود لیزری از 5 لایه رونشستی توسط دستگاه LPE تهیه شده است كه ضخامت لایة میانی یا لایة فعال برابر 05/0 میكرون می باشد. چگالی ناخالصی توسط دستگاه SIMS مورد بررسی قرار گرفته است كه نشان می دهد چگالی ناخالصی در عرض لایه رونشستی كاملاً یكنواخت است و ضخامت لایه ها از 8 میكرون تا 05/0 میكرون 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 میكرون محاسبه شده است. مدهای ظاهر شده در شدت جریان بالاتر از آستانه، I_th ، كاملاً مشهود است كه نشان می دهد دیود ساخته شده پرتو لیزری از خود تابش می كند. در نهایت با استفاده از رابطه  طول كاواك برای طیف‌های به دست آمده محاسبه شده كه مقدار 206 میكرون به دست آمده است كه با مقدار تجربی 6% خطا وجود دارد.

فهرست مطالب:

چكیده

فصل اول

مقدمه ای بر لیزر (مبانی لیزر)

مقدمه...................................................................................................................... 2

هدف....................................................................................................................... 3

شباهت و تفوت لیزر نیمه هادی با سایر لیزرها............................................................ 4

1-1- خواص بار یكه لیزر......................................................................................... 5

1-2- انواع لیزر........................................................................................................ 7

1-3- وارونی انبوهی ............................................................................................... 9

1-3-1- برهمكنش امواج الكترومغناطیسی با اتم.......................................................... 12

1-3-2- فرایندهای تاثیرگذار بر غلظت اتمها در حالت های مختلف............................. 13

1-3-3- بررسی احتمال گذارها و معادلات تعادلی...................................................... 14

1-4- پهن شدگی طیفی و انواع آن............................................................................ 15

1-5- انواع كاواك نوری (فیدبك).............................................................................. 19

1-6- برهم نهی امواج الكترومغناطیسی....................................................................... 22

1-6-1- فاكتور كیفیت برای ابزارهای نوری Q ............................................................ 24

1-6-2- انواع تشدیدگرهای نوری و كاربرد آن........................................................... 25

 فصل دوم

لیزر نیمه هادی و انواع ساختار آن

2-1- مواد نیمه هادی................................................................................................ 27

2-2- بازده گسیل خودبخودی................................................................................... 30

2-3- انواع بازتركیب................................................................................................ 31

2-4- گاف انرژی و انواع آن..................................................................................... 33

2-5- وارونی انبوهی و روش پمپاژ در لیزر نیمه هادی................................................ 35

2-6- اتصال p- n اولین تحقق لیزر نیمه هادی ............................................................ 37

2-7- انواع ساختارها................................................................................................ 39

2-7-1- روشهای گسیل نور در لیزر نیمه هادی........................................................... 40

2-7-2- لیزر با ساختار تخت.................................................................................... 40

2-7-3- مشكلات لیزر پیوندی همجنس..................................................................... 41

2-7-4- لیزرهای پیوندی غیرهمجنس........................................................................ 42

2-7-5- رابطه جریان و خروجی در لیزر تخت........................................................... 43

2-8- ساختار DFB.................................................................................................... 44

2-8-1- طیف خروجی از لیزر DFB........................................................................... 45

2-9- تاثیرات دما به طیف گسیلی ساختارها................................................................ 46

2-10- مختصری راجع به بحث نوری........................................................................ 48

2-11- لیزرهای نیمه هادی و دیودهای نور گسیل........................................................ 51

2-12- جریان آستانه – خروجی................................................................................ 55

2-13- روشهای بهبود و افزایش بازده كوانتومی داخلی................................................ 57

2-14- لزوم اتصالات اهمی...................................................................................... 58

فصل سوم

طیف خروجی لیزر نیمه هادی و عوامل مؤثر بر آن

3-1- تغییرات چگالی جریان آستانه و فشار هیدروستاتیكی ......................................... 61

3-2- واگرایی پرتو خروجی..................................................................................... 62

3-3- خروجی ساختارها........................................................................................... 63

3-4- محاسبه پهنای طیف در لیزرهای نیمه هادی در ساختارهای مختلف...................... 65

3-5- انواع پهنای طیف............................................................................................. 69

3-6- كوك پذیری لیزر نیمه هادی............................................................................. 73

3-7- روابط و معادلات مهم در تولید و بازتركیب حاملها............................................ 75

3-8- بهره در حالت پایا و جریان آستانه.................................................................... 79

3-9- اهمیت كاواك لیزر........................................................................................... 84

3-10- مدهای تولید شده در داخل كاواك.................................................................. 89

3-11- تفاوت اساسی مدهای طولی و عرضی............................................................. 92

فصل چهارم

بررسی و تحلیل طیف های خروجی (كارهای تجربی)

پیشنهادات و نتایج

4-1- انواع اتصال دیود و طیف خروجی.................................................................... 97

4-2- تحلیل مشخصه های لیزر نیمه هادی.................................................................. 98

1-    مشخصه ولتاژ- جریان (V- I)................................................................................ 98

2-    مشخصه جریان- مقاومت دینامیكی   .................................................. 101

3-    مشخصه جریان- توان (P- I)................................................................................. 102

4-    مشخصه جریان- راندمان كوانتومی دیفرانسیلی ................................ 103

5-    مشخصه توان طول موج ....................................................................... 103

نمودارهای تجربی....................................................................................... 104

4-3- نتایج.............................................................................................................. 112

پیشنهادات............................................................................................................... 115

منابع فارسی............................................................................................................. 116

منابع لاتین............................................................................................................... 117