ارتباط بین طیف خروجی و كاواك در لیزر نیمه هادی

برخی ارتباط های تقویت رادیویی میكروموجی كه شركت مخابرات از آن ها بهره می‎گیرد دارای پهنای باند اطلاعاتی، شامل 10% از بسامدهای حاصل است در نتیجه یك باریكة لیزر می‎تواند تعداد زیادی برنامة تلویزیونی (با پهنای باند MHZ5) و تعداد زیادی مكالمة تلفنی (پهنای باند برای هر مكالمه تلفنی KHZ40) را به صورت همزمان منتقل كند

ارتباط بین طیف خروجی و كاواك در لیزر نیمه هادی

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                صفحه

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

 فصل 1

 

مقدمه ای بر لیزر (مبانی لیزر)

مقدمه:

 تا سال 1960 اپتیك، صنعت نسبتاً كوچكی را تشكیل می داد كه مباحث نسبتاً جامع و تكامل یافته چون ابزارهای نوری، دوربین ها، میكروسكوپ ها، و كاربردهای 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 كاربردهای لیزر دست نیافته بودند اما در مرحله جدیدتر توانستند به امكانات بالقوة 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 كم اتلاف باعث شده است كه مخابرات لیزر، جایگزین بسیار باارزش برای اتصال های سیمی مطرح شود بطور كلی لیزر تحول عظیمی در زندگی بشر و دنیای اطلاعات و … بر جای گذاشت اهمیت لیزر نیمه هادی، بیشتر بخاطر داشتن ساختار بسیار كوچك و نسبتاً ارزان با قابلیت بسیار زیاد در صنایع مخابرات می‎باشد. بسامد نخستین لیزر، یاقوت، در طول موج  عبارتست از  كه كمیت مورد توجه هر مهندس مخابرات است حال اگر فقط 1% از این بسامد حامل برای پهنای باند اطلاعاتی بكار گرفته شود در این صورت یك كانال مخابراتی فراهم می‎آید كه ظرفیت آن دو تا سه مرتبه بزرگی (10² تا 10³) از پهن ترین كانال های موجود بیشتر است.

برخی ارتباط های تقویت رادیویی میكروموجی كه شركت مخابرات از آن ها بهره می‎گیرد دارای پهنای باند اطلاعاتی، شامل 10% از بسامدهای حاصل است در نتیجه یك باریكة لیزر می‎تواند تعداد زیادی برنامة تلویزیونی (با پهنای باند MHZ5) و تعداد زیادی مكالمة تلفنی (پهنای باند برای هر مكالمه تلفنی KHZ40) را به صورت همزمان منتقل كند.

 

هدف:

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

1-   لیزر نیمه هادی به خاطر سهولت كاربرد و كارایی وسیع آن در مخابرات از مهمترین نوع لیزرها می‎باشد.

2-   توان الكتریكی مصرف شده برای راه اندازی لیزر نیم رسانا بسیار پایین تر از سایز لیزرها می‎باشد چنین لیزری ممكن است با بازده بالای 50% كار كند علت بالا بودن بازده، بخاطر كوچك بودن ابعاد و در نتیجه بالا رفتن چگالی جریان می‎باشد.

3-   در لیزر نیمه هادی آینه معمولی، به عنوان فیدبك اپتیكی وجود ندارد در چنین لیزری آینه های لیزری، از برش (كلیو) نمودن ساختار بلوری ایجاد می‎شود.

4-    قابلیت كنترل 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 كارهای مختلف را تولید نمود