ارتباط بین طیف خروجی و کاواک 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 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 رونشستی توسط دستگاه LPE تهیه شده است که ضخامت لایة میانی یا لایة 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 طول کاواک برای طیف‌های به دست آمده محاسبه شده که مقدار 206 میکرون به دست آمده است که با مقدار تجربی 6% خطا وجود دارد.
فهرست مطالب:
چکیده
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 یکه لیزر......................................................................................... 5
1-2- انواع لیزر........................................................................................................ 7
1-3- وارونی انبوهی ............................................................................................... 9
1-3-1- برهمکنش امواج الکترومغناطیسی 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 کاواک نوری (فیدبک).............................................................................. 19
1-6- برهم نهی امواج الکترومغناطیسی....................................................................... 22
1-6-1- فاکتور کیفیت برای ابزارهای نوری Q ............................................................ 24
1-6-2- انواع تشدیدگرهای نوری و کاربرد 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 بازترکیب................................................................................................ 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- مشکلات 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 کوانتومی 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 هیدروستاتیکی ......................................... 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- کوک پذیری لیزر نیمه هادی............................................................................. 73
3-7- روابط و معادلات مهم در تولید و بازترکیب حاملها............................................ 75
3-8- بهره در حالت پایا و جریان آستانه.................................................................... 79
3-9- اهمیت کاواک لیزر........................................................................................... 84
3-10- مدهای تولید شده در داخل کاواک.................................................................. 89
3-11- تفاوت اساسی مدهای طولی و عرضی............................................................. 92
فصل چهارم
بررسی و تحلیل طیف های خروجی (کارهای 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 دینامیکی .................................................. 101
3- مشخصه جریان- توان (P- I)................................................................................. 102
4- مشخصه جریان- راندمان کوانتومی دیفرانسیلی ................................ 103
5- مشخصه توان طول موج ....................................................................... 103
نمودارهای تجربی....................................................................................... 104
4-3- نتایج.............................................................................................................. 112
پیشنهادات............................................................................................................... 115
منابع فارسی............................................................................................................. 116
منابع لاتین............................................................................................................... 117