پروژه ارتباط بين طيف خروجي و كاواك در ليزر نيمه هادي

چكيده:

در اين پايان نامه، ساختارهاي مختلف ليزر نيمه هادي و خروجي آنها مورد بررسي قرار گرفته است و عوامل موثر بر اين خروجي ها همچون جريان آستانه و تلفات اپتيكي بيان شده است. در نهايت با استفاده از طيف هاي ديود ليزري طول كاواك ليزر محاسبه شده است.

ساختار ديود ليزري از ۵ لايه رونشستي توسط دستگاه LPE تهيه شده است كه ضخامت لاية مياني يا لاية فعال برابر ۰۵/۰ ميكرون مي باشد. چگالي ناخالصي توسط دستگاه SIMS مورد بررسي قرار گرفته است كه نشان مي دهد چگالي ناخالصي در عرض لايه رونشستي كاملاً يكنواخت است و ضخامت لايه ها از ۸ ميكرون تا ۰۵/۰ ميكرون به وسيله دستگاه AFM اندازه گيري شده است. شدت جريان آستانه در حدود A/cm² 70 براي تراشه اي به طول و عرض ۲۰۰*۳۰۰ ميكرون محاسبه شده است. مدهاي ظاهر شده در شدت جريان بالاتر از آستانه، I_th ، كاملاً مشهود است كه نشان مي دهد ديود ساخته شده پرتو ليزري از خود تابش مي كند. در نهايت با استفاده از رابطه  طول كاواك براي طيف‌هاي به دست آمده محاسبه شده كه مقدار ۲۰۶ ميكرون به دست آمده است كه با مقدار تجربي ۶% خطا وجود دارد.

فهرست مطالب

عنوان

چكيده

فصل اول

مقدمه اي بر ليزر (مباني ليزر)

مقدمه…………………………………. ۲

هدف…………………………………… ۳

شباهت و تفوت ليزر نيمه هادي با ساير ليزرها… ۴

۱-۱- خواص بار يكه ليزر…………………… ۵

۱-۲- انواع ليزر…………………………. ۷

۱-۳- واروني انبوهي ……………………… ۹

۱-۳-۱- برهمكنش امواج الكترومغناطيسي با اتم…. ۱۲

۱-۳-۲- فرايندهاي تاثيرگذار بر غلظت اتمها در حالت هاي مختلف   ۱۳

۱-۳-۳- بررسي احتمال گذارها و معادلات تعادلي…. ۱۴

۱-۴- پهن شدگي طيفي و انواع آن…………….. ۱۵

۱-۵- انواع كاواك نوري (فيدبك)…………….. ۱۹

۱-۶- برهم نهي امواج الكترومغناطيسي………… ۲۲

۱-۶-۱- فاكتور كيفيت براي ابزارهاي نوري Q ….. 24

۱-۶-۲- انواع تشديدگرهاي نوري و كاربرد آن…… ۲۵

 

 

فصل دوم

ليزر نيمه هادي و انواع ساختار آن

۲-۱- مواد نيمه هادي……………………… ۲۷

۲-۲- بازده گسيل خودبخودي…………………. ۳۰

۲-۳- انواع بازتركيب……………………… ۳۱

۲-۴- گاف انرژي و انواع آن………………… ۳۳

۲-۵- واروني انبوهي و روش پمپاژ در ليزر نيمه هادي ۳۵

۲-۶- اتصال p- n اولين تحقق ليزر نيمه هادي …… ۳۷

۲-۷- انواع ساختارها……………………… ۳۹

۲-۷-۱- روشهاي گسيل نور در ليزر نيمه هادي…… ۴۰

۲-۷-۲- ليزر با ساختار تخت………………… ۴۰

۲-۷-۳- مشكلات ليزر پيوندي همجنس……………. ۴۱

۲-۷-۴- ليزرهاي پيوندي غيرهمجنس……………. ۴۲

۲-۷-۵- رابطه جريان و خروجي در ليزر تخت…….. ۴۳

۲-۸- ساختار DFB…………………………. 44

۲-۸-۱- طيف خروجي از ليزر DFB……………… 45

۲-۹- تاثيرات دما به طيف گسيلي ساختارها…….. ۴۶

۲-۱۰- مختصري راجع به بحث نوري…………….. ۴۸

۲-۱۱- ليزرهاي نيمه هادي و ديودهاي نور گسيل…. ۵۱

۲-۱۲- جريان آستانه – خروجي……………….. ۵۵

۲-۱۳- روشهاي بهبود و افزايش بازده كوانتومي داخلي ۵۷

۲-۱۴- لزوم اتصالات اهمي…………………… ۵۸

فصل سوم

طيف خروجي ليزر نيمه هادي و عوامل مؤثر بر آن

۳-۱- تغييرات چگالي جريان آستانه و فشار هيدروستاتيكي ۶۱

۳-۲- واگرايي پرتو خروجي………………….. ۶۲

۳-۳- خروجي ساختارها……………………… ۶۳

۳-۴- محاسبه پهناي طيف در ليزرهاي نيمه هادي در ساختارهاي مختلف ۶۵

۳-۵- انواع پهناي طيف…………………….. ۶۹

۳-۶- كوك پذيري ليزر نيمه هادي…………….. ۷۳

۳-۷- روابط و معادلات مهم در توليد و بازتركيب حاملها   ۷۵

۳-۸- بهره در حالت پايا و جريان آستانه……… ۷۹

۳-۹- اهميت كاواك ليزر……………………. ۸۴

۳-۱۰- مدهاي توليد شده در داخل كاواك……….. ۸۹

۳-۱۱- تفاوت اساسي مدهاي طولي و عرضي……….. ۹۲

 

فصل چهارم

بررسي و تحليل طيف هاي خروجي (كارهاي تجربي)

پيشنهادات و نتايج

۴-۱- انواع اتصال ديود و طيف خروجي…………. ۹۷

۴-۲- تحليل مشخصه هاي ليزر نيمه هادي………..۹۸

مشخصه ولتاژ- جريان (V- I)…………………. 98

مشخصه جريان- مقاومت ديناميكي  ……  ۱۰۱

مشخصه جريان- توان (P- I)…………………..  ۱۰۲

مشخصه جريان- راندمان كوانتومي ديفرانسيلي۱۰۳

مشخصه توان طول موج ……………….۱۰۳

نمودارهاي تجربي……………………. ۱۰۴

۴-۳- نتايج……………………………… ۱۱۲

پيشنهادات……………………………… ۱۱۵

منابع فارسي……………………………. ۱۱۶

منابع لاتين…………………………….. ۱۱۷