پایان نامه لیزر DBR و برررسی اثر افزایش عمل کانال بر بهبود عملکرد آن
چکیده:
دیودهای لیزر مبتنی بر ساختار بازتابگرهای توزیع شده براگ، به عنوان منابع نوری ارزان و مطمئن، امروزه در محدوده وسیعی از طول موج های 1.1μm:1.7μm با خاصیت تفرق پایین در سیستم های مخابراتی به کار رفته و گسترش وسیع یافته اند. تغییر در ساختمان و عمق فیزیکی این بازتابگرهای کنگره ای، خواص لیزر نیمه هادی مبتنی بر این تکنیک را تحت تاثیر قرار می دهند.
در این پایان نامه، لزر DBR مورد بررسی قرار می گیرد و مشخصات انعکاس آینه های براگی که عمق شیارهای آنها افزایش یافته تجزیه و تحلیل می گردد. ما با افزایش در عمق شیارهای این ساختار کنگره ای به بررسی بهبود منتجه در ضریب محدود کننده انرژی و ضریب امواج پرداخته و نشان دادیم در اثر افزایش عمق شیارها، منحنی اندازه ضریب بازتاب این بازتابگرهای توزیع شده بهبود یافته و منحنی تلفات مربوط به این آینه ها کاهش می یابد و نتیجه گرفتیم که مشخصات حالت آستانه لیزرهای نیمه هادی DBR مبتنی بر این تکنیک بهبود قابل ملاحظه ای می یابند. صحت نتایج به دست آمده با مقالات ارائه شده در قسمت منابع تایید می شود. محاسبات و رسم نمودارها با استفاده از نرم افزار MATLAB v7.0.4 انجام شده است.
مقدمه:
دی الکتریکهای شامل آرایه های تناوبی که می توانند نور را در طول موج های مختلف تابانده و یا عبور دهند، از اصول فیزیکی اولیه پدیده های زیبای طبیعی پیروی می کنند. به عنوان مثال، طیف های رنگ های زیبایی که از بالهای یک پروانه در زیر نور خورشید بازتابانده می شوند، ناشی از بازتاب های مختلف رنگهای تشکیل دهنده نور خورشید، از ساختارهای دی الکتریک تناوبی تشکیل دهنده سطح بال پروانه می باشند. اصول بکار رفته در فیزیک این فیدبک های تناوبی توزیع شده در یک ساختار و رفتار آنها در برابر نور تابیده شده، آنها را در محدوده وسیعی از کاربردها، از منابع بازخوان نوری اطلاعات در دیسک های فشرده شده کامپیوتری، تا انتقال دهنده های خاص لیزری در فیبرهای نوری سیستم های مخابراتی، متداول ساخته است. فرکانس گزین بودن خاصیت بازتاب و عبور این ساختارها نسبت به طیف های تشکیل دهنده نور تابیده شده، آنها را به بهترین گزینه برای جایگزینی با آینه های رایج ساختار لیزر فابری پروت ساده بدل ساخته است.
در واقع اگر بتوان رفتار آینه های دو سر لیزر فابری پروت را نسبت به طول موج های تابیده شده حساس و متفاوت ساخت، آنگاه می توان برای طول موجی خاص در داخل کاواک لیزر تشدید ایجاد نمود، طول موج خروجی نور لیزر را تحت کنترل درآورد و خروجی تک فرکانسی داشت. چنین لیزرهایی به عنوان لیزرهای تک فرکانسی شناخته شده و با توجه به اهمیت و نقش کلیدی آنها در سیستم های مخابرات نوری به طور گسترده ای از دهه 1980 مورد مطالعه گرفته اند.
دیودهای لیزر فابری پروتی که به جای یک یا هردو آینه انتهایی، از آینه هایی با بازتابگرهای تناوبی توزیع شده سود می جویند، به عنوان لیزر نیمه هادی DBR شناخته می شوند.
در این پروژه سعی شده است تا اثر تغییر عمق شیارهای ساختار کنگره ای بر عملکرد چنین لیزری بررسی گردد. فصل های تشکیل دهنده این پروژه عبارتند از:
فصل اول، که در آن به کلیاتی نظیر تاریخچه مخابرات نوری می پردازیم. در این فصل به چگونگی تولید نور لیزر در ساختارهای نیمه هادی، علت استفاده از دیودهای لیزر نیمه هادی در سیستم های مخابراتی و تقسیم بندی انواع دیودها از نقطه نظر هدایت مدهای تولید شده، می پردازیم.
فصل دوم، که در آن ضمن معرفی تئوری روش ماتریس انتقال، به روشی برای دستیابی به ضرایب بازتاب و انتقال کلی دیده شده از ساختاری با بازتابگرهای تناوبی توزیع شده و به کار رفته بجای آینه های لیزر فابری پروت، می پردازیم. روش ماتریس انتقال از آن جهت مورد توجه می باشد که ضمن عمومیت داشتن و مطمئن بودن، تمامی ساختارهای این چنینی را پوشش داده و به کمک آن می توان ضمن ساده سازی ساختارهای پیچیده به ساختارهای بنیادی و ساده تر متصل بهم، به آسانی رفتار کل مجموعه را تنها با ضرب ماتریس های انتقال این اجزای ساده تر به دست آورد و خواص کلی این مجموعه را مورد بررسی قرار داد.
فصل سوم، که در آن ضمن معرفی روش تئوری امواج تزویج شده، به بررسی انتشار مدهای تولید شده محفظه تشدید کاواک لیزر در محیط های دی الکتریک چند لایه پرداخته و ضرایبی نظیر ضریب محدود کننده مد در این محیط و ضریب تزویج این مدها را تعریف کرده و به دست می آوریم. این ضرایب در بررسی وضعیت انتشار امواج در ساختارهای فیزیکی متناوب مختلف بسیار مهم و کاربردی می باشند. سپس به بررسی اثر تغییر عمق شیارهای ساختار کنگره ای بر روی این فاکتورهای اساسی پرداخته و بر روی بهبودی که در مشخصات توصیف کننده عملکرد لیزر DBR به وجود می آید، بحث می نماییم.
و در فصل چهارم ضمن جمع بندی و تحلیل نتایج حاصله، نگاهی به کاربرد این قطعات در سیستم های امروزی انداخته و ضمن معرفی چند مرجع فارسی و غیر فارسی، پیشنهاداتی را جهت ادامه این بحث ارائه می نماییم.