%41تخفیف

دانلود پروژه:تحلیل وشبیه سازی اثرپذیری جریان آستانه وگین در یک لیزر VCSEL مبتنی بر چاه کوانتمی از برخی پارامترهای افزاره

Name: دانلود پروژه:تحلیل وشبیه سازی اثرپذیری جریان آستانه وگین در یک لیزر VCSEL مبتنی بر چاه کوانتمی از برخی پارامترهای افزاره
SKU: 2532
Price: 230000 IRR
Availability: InStock

تعداد 140 صفحه فایل word

چکیده

هیچ کشفی از دانشمندان به اندازه کشف لیزر مهیج واعجاب انگیز نبوده است. ازلیزر در زمینه های گوناگون چون مخابرات، صنعت، نظامی، پزشکی، عکاسی، مهندسی وذخیره دیتا استفاده شده و هر روز کاربردهای جدیدتر از لیزر به گوش می رسد. در بین انواع لیزرها در دنیای امروز لیـزر نیمه هادی از اهمیت ویژه ای برخوردار شده و لیزر های تابش از سطح با کاواک عمودی[1] در مقایسه با لیزرتابش ازلبه[2] در بحث لیزرهای نیمه هادی، کاربرد زیادتری پیداکرده اند.

VCSEL نیز برای عملکرد مناسب احتیـاج به یک ناحیـه فعال[3] داشته که از تعدادی از چاههـای کوانتمی[4] تشکیل می شود. آیینه های لیزر از لایه های هادی الکتریکی تشکیل می شوند که یک فیدبک نوری راتشکیل داده و به آنها لایه های DBR[5] گفته می شوند که از چندین لایه با آلایش نوعN در زیر ناحیه فعال و از چندین لایه نوعP در بالای ناحیه فعال تشکیل می شوند. درافزاره ارائه شده در این تحقیق ابتدا آیینه های پراگ، که در VCSEL حیاتی هستند، با کیفیت بالا با استفاده از نرم افزار SILVACO شبیه سازی گشته و محاسبات مربوطه انجام می گردد. .افزاره نمونه جریان آستانه پایینتر و بهره بیشتری را نتیجه می دهد. چگونگی اثرپذیری متغیرهای وابسته جریان آستانه، گیـن، توان خروجی،دمای درون شبکه ای، مقاومت های سری شبکه افزاره را نسـبت به متغیـرهای مستقـلی چون تعـداد چاهـهای کوانتـمی، تعــداد جفت لایه ایDBR بالا و پایین، تغییرآلایش، قطر افزاره، دما، ضخامت چاه کوانتمی،سطح کنتاکت مورد بررسی قرار می گیرد. این افـزاره بادارا بودن دو الکترود[6] گرمایـی، شبیه ساز را قـادر می سازد که منحنی های خروجی افزاره را باتوجه به پدیده خود گرمـایی[7]،شبیه سازی می کند.

کلمات کلیدی : لیزر های تابش از سطح با کاواک عمودی، آیینه توزیعی پراگ، لیزرهای تابش از لبه، چاه کوانتمی ، جریان آستانه، خودگرمایی

دسته: فنی و مهندسی, مهندسی برق برچسب: آیینه توزیعی پراگ, جریان آستانه, چاه کوانتمی, خودگرمایی, لیزر های تابش از سطح با کاواک عمودی, لیزرهای تابش از لبهدانلود-پروژه-کارشناسی-ارشد-مقاله-پایان نامه-پژوهش-

توضیحات
نظرات (0)

فهرست مطالب

چکیده ………………………………………………………………………………………………………………………………………1

فصل اول : مقدمه

1-1 کلیات………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3

1-2 لیزر……………………………………………………………………………………………………………………………………… 3

1- 3 اهداف پایان نامه…………………………………………………………………………………………………………………. 4

1-4 مرورمنابع………………………………………………………………………………………………………………………………5

فصل دوم : مبانی تئوری

2-1 اصول عملکرد لیزر .9

2-2مفهوم وارونگی جمعیت………………………………………………………………………………………………………… 12

2-2-1مکانیزمهای وارونگی…. …13

2-3طراحی یک لیزر …………………………………………………………………………………………………………………..14

2-4 انواع لیزر …16

2-4-1 لیزرهای حالت جامد 16

2-4-2 لیزر گازی.. 18

2-4-3 لیزر مایع. 19

2-4-4 لیزر الکترون آزاد……………………………………………………………………………………………………………..20

2-4-5 لیزرهای نیمه هادی………………………………… ………………………………………………………………………21

2-4-5-1 ساخت لزر نیمه هادی………………………………………………………………………………………………….. 21

2-4-5-2 مواد برای لیزر نیمه رسانا……………………………………………………………………………………………… 22 2-4-5-3 وارونگی جمعیت در لیزرهای نیمه هادی و تولید لیزر……………………………………………………….23

2-4-5-4 ساختار و عملکرد لیزر پیوندی ناهمگون………………………………………………………………………..27

2-4-5-5 لیزرهای چاه کوانتمی …………………………………………………………………………………………………..28

2-4-5-6 لیزرهای با محفظه زوج شکافته……………………………………………………………………………………..29

2-4-5-7 کاربرد لیزرهای نیمه هادی……………………………………………………………………………………………29

2-5 VCSEL…………………………………………………………………………………………………………………………… 30

2-5-1 مفاهیم اولیه…………………………………………………………………………………………………………………….30

2-5-2 مقایسه دو لیزر با هدایت بهره و با هدایت ضریب شکست……………………………………………………32

2-5-3 مزایای محدودیت جریان…………………………………………………………………………………………………..33

2-5-4 آرایه های لیزر…………………………………………………………………………………………………………………33

2-5-5 ساختارVCSEL……………………………………………………………………………………………………………….34

2-5-5-1 آیینه های توزیعی پراگ………………………………………………………………………………………………..35

2-5-5-1-1 طراحی آیینه های توزیعی پراگ…………………………………………………………………………………36

2-5-5-1-2 موارد مورد استفاده در DBR ها برای طول موج بلند…………………………………………………….36

2-5-5-2 ناحیه فعال…………………………………………………………………………………………………………………..37

2-5-6 مزایای VCSEL ……………………………………………………………………………………………………………..37

2-5-7 کاربرد VCSEL……………………………………………………………………………………………………………….38

2-5-8 VCSEL در باندهای مختلف طول موج……………………………………………………………………………..39

2-5-8-1VCSEL در باند طول موج بلند………………………………………………………………………………………39

2-5-8-1-1 لیزرGaInAsP/InP………………………………………………………………………………………………………………….39

2-5-8-1-2 لیزرAlGaInAs/AlGaInAs و مواد دیگرVCSEL…………………………………………………………………40

2-5-8-1-3 VCSEL های طول موج بلند بر روی بسترGaAs…………………………………………………………………………….40

2-5-8-2 VCSEL در باند میانی طول موج……………………………………………………………………………………..41

2-5-8-2-1 VCSEL با سیستم GaInAs/GaAs………………………………………………………………………………………….41

2-5-8-2-2 VCSEL با طول موج 980 نانومترGaInAs/GaAs بر بستر GaAs ……………………………………..42

2-5-8-3 VCSEL در باند نزدیک مادون قرمز و قابل مشاهده…………………………………………………………43

2-5-8-3-1 VCSEL با سیستم GaAlAs/GaAs980 نانومتر……………………………………………………………………..43

2-5-8-3-2 VCSEL با سیستم GaAlAs/GaAs 780 نانومتر…………………………………………………………44

2-5-8-3-3 VCSEL قرمز با سیستم AlGaInP…………………………………………………………………………….44

2-5-8-4 VCSEL ها در باند سبز-آّبی-ماوراء بنفش……………………………………………………………………..44

فصل سوم : بررسی و و تجزیه و تحلیل معادلات درVCSEL

3-1مشخصه های لیزر و قانون مقیاس گذاری…………………………………………………………………………………46

3-1-1 جریان آستانه………………………………………………………………………………………………………………….. 46

3-1-2 توان خروجی و بازده کوانتمی 48

3-1-3 پهنای باند مدولاسیون…….. ..49

3-2 مدلی جامع برای VCSEL……………………………………………………………………………………………………. 50

3-2-1 مدل نوری…………………………………………………………………………………………………………………….. 50

3-2-2 مدل الکتریکی.. 51

3-2-3 مدل حرارتی.. 53

3-2-3-1 اثرات گرمایی در VCSEL…………………………………………………………………………………………….53

3-2-3-2 تاثیر دما بر عملکرد VCSEL در حالت پایدار………………………………………………………………….53

3-2-3-2-1 تاثیر دما بر طول موج لیزینگ در VCSEL…………………………………………………………………..54

3-2-3-2-2 تاثیر دما بر جریان آستانه و توان خروجی یک VCSEL………………………………………………. 55

3-2-3-3 مدلسازی بستگی جریان آستانه به دما……………………………………………………………………………..57

3-2-3-3-1 طراحی های دیگر برای پایداری جریان آستانه……………………………………………………………..59

3-2-3-4 مدلهای گرمایی ساده از VCSEL……………………………………………………………………………………60

3-2-3-5 یک معادله نرخ ساده بر اساس مدل گرمایی…………………………………………………………………….61

3-2-4 روش تفاضل متناهی برای حل عددی معادلات……………………………………………………………………64

فصل چهارم : شبیه سازی VCSEL در نرم افزار سیلواکو و نتایج حاصل از آن

4-1 نرم افزار سیلواکو…………………………………………………………………………………………………………………. 69

4-2 معرفی ساختار افزاره VCSEL………………………………………………………………………………………………. 71

4-3 نتایج شبیه سازی………………………………………………………………………………………………………………. 74

4-3-1 بررسی اثر تغییر قطر افزاره بر مشخصات خروجی آن…………………………………………………………..79

4-3-2 اثر تغییر تعداد چاههای کوانتمی بر مشخصات افزاره………………………………………………………..…..82

4-3-3 اثر تغییر آلایش لایه های DBR بر مشخصات خروجی افزاره………………………………………………..85

4-3-4 اثر دما بر مشخصات خروجی افزاره……………………………………………………………………………………88

4-3-5 اثر تغییر تعداد لایه های DBR بر مشخصات خروجی افزاره………………………………………………….91

4-3-6 اثر تغییر ضخامت چاه کوانتمی بر مشخصات خروجی افزاره………………………………………………….94

4-3-7 اثر تغییر سطح کنتاکت بر عملکرد افزاره……………………………………………………………………………..96

فصل پنجم : نتیجه گیری و پیشنهادات

5-1 نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………………………………99

5-2 پیشنهادات ………………………………………………………………………………………………………………………..100

پیوست ها ……………………………………………………………………………………………………………………………….102

پیوست(1-الف)………………………………………………………………………………………………………………………..102

پیوست(1-ب)………………………………………………………………………………………………………………………….105

پیوست 2…………………………………………………………………………………………………………………………………108

مراجع……………………………………………………………………………………………………………………………………..114

فهرست جداول

جدول (2-1) ضریب شکست مواد مورد استفاده در آیینه های پراگ در طول موج 1550 نانو متر…………37

جدول(2-2) کاربردهای VCSEL………………………………………………………………………………………………..38

جدول(3-1) مقایسه ابعاد دو لیزر VCSEL و نوع نواری………………………………………………………………….48

جدول(3-2) ضرایب T دررابطه (3-53)………………………………………………………………………………………..64

جدول(4-1) مشخصات افزارهVCSEL………………………………………………………………………………………….74

جدول(4-2) مشخصات خروجی افزاره با تغییر قطر افزاره………………………………………………………………..82

جدول(4-3) پارامترهای خروجی افزاره با تغییر تعداد چاههای کوانتمی……………………………………………..85

جدول(4-4) اثر تغییر آلایش بر مشخصات خروجی افزاره……………………………………………………………….87

جدول(4-5) اثرات دما بر مشخصات خروجی افزاره………………………………………………………………………..91

جدول(4-6) مشخصات خروجی افزاره با تغییر تعداد لایه های DBR……………………………………………….94

جدول(4-7) مشخصات خروجی افزاره با تغییر ضخامت چاه کوانتمی………………………………………………94

جدول(4-8) مشخصات خروجی افزاره با تغییر عرض کنتاکت…………………………………………………………96

فهرست نمودارها/ اشکال

شکل(1-1) تفاوت انتشار در منابع نور مختلف………………………………………………………………………………….3

شکل(1-2) یک نوع دستگاه لیزرنیمه هادی مورد استفاده در دندان پزشکی…………………………………………..4

شکل(2-1) برانگیختگی اتفاقی الکترون وتابش فوتون……………………………………………………………………..10

شکل(2-2) گسیل برنگیزشی………………………………………………………………………………………………………..10

شکل)2-3( لیزر………………………………………………………………………………………………………………………….11

شکل (2-4) مکانیزم تولید یک نوع لیزر…………………………………………………………………………………………15

شکل(2-5) لیزر حالت جامد…………………………………………………………………………………………………………17

شکل (2-6) ترازهای انرژی یونهای کروم در یاقوت………………………………………………………………………..17

شکل(2-7) سیستم 4 ترازه……………………………………………………………………………………………………………18

شکل(2-8) لیزرگازی HeNe………………………………………………………………………………………………………..19

شکل(2-9) مکانیزم تولید لیزر مایع………………………………………………………………………………………………..20

شکل(2-10) لیزر الکترون آزاد………………………………………………………………………………………………………20

شکل(2-11) یک نمونه افزاره تولید لیزر نیمه هادی…………………………………………………………………………21

شکل (2-12)سمت راست: نیمه هادی مستقیم و سمت چپ : نیمه هادی غیر مستقیم…………………………22

شکل(2-13) نمودار نوار انرژی یک پیوند ناهمگون………………………………………………………………………..23

شکل(2-14) الف :نمودار نوار انرژی پیوندp-n درحالت تعادل ب: ناحیه وارونگی جمعیت در پیوند….24

شکل(2-15) تغییرات الکترون وحفره ومتعاقبا” تراز فرمی………………………………………………………………..25

شکل(2-16) نمای بزرگ شده از منطقه وارونگی…………………………………………………………………………..25

شکل(2-17) تغییر پهنای منطقه وارونگی بارایش مستقیم…………………………………………………………………26

شکل(2-18) چگونگی تولید لیزر از یک پیوند……………………………………………………………………………….27

شکل(2-19) نمودا نوار انرژی یک پیوند ناهمگون در حالت تعادل وبایاس مستقیم…………………………….27

شکل(2-20) یک پیون ناهمگون چند لایه……………………………………………………………………………………..28

شکل(2-21) نوار انرژی لیزر چاه کوانتمی……………………………………………………………………………………..28

شکل(2-22) یک نمونه از لیزرباحفره (محفظه)عمودی با تابش سطحی……………………………………………..30

شکل(2-23) ): لیزر با هدایت بهره مبتنی بر پیوند ناهمگون……………………………………………………………..31

شکل(2-24) ساختار ناهمگون دفن شده……………………………………………………………………………………….32

شکل(2-25) آرایه لیزر…………………………………………………………………………………………………………………33

شکل(2-26) طراحیهای مختلف از VCSEL…………………………………………………………………………………..34

شکل(2-27) انواع دیگری از VCSEL…………………………………………………………………………………………..35

شکل(2-28) ساختار آیینه پراگ با ساختار پریودیک………………………………………………………………………..36

شکل(2-29) یک نمونه شبیه سازی شده ازVCSEL………………………………………………………………………..38

شکل(2-30) یک نمونه کوپلینگ VCSELبا فیبر نوری…………………………………………………………………..39

شکل(2-31) VCSEL رروی بستر GaAs و انتخابهای موجود………………………………………………………..41

شکل(2-32) یک لیزر 1200 نانومتر بر بستر Bو نمودار توان برحسب دماوجریان آن…………………………41

شکل(2-33) یک نمونه VCSEL با 3 چاه کوانتمی…………………………………………………………………………42

شکل(2-34) یک نمونه VCSEL باطول موج 850 نانومتر………………………………………………………………..43

شکل(3-1) منحنی طول موج و جریان آستانه بر حسب دما در یک لیزر VCSEL……………………………..55

شکل(3-2) نمودارطول موج رزنانسی و طول موج پیک گین بر حسب دما…………………………………………56

شکل(3-3) منحنی نور – جریان در دو طول موج مختلف………………………………………………………………..57

شکل(3-4) جریان گرمای درون دو لیزرVCSEL با دوساختار متفاوت………………………………………………61

شکل(4-1) یک سطح مقطع عمودی افزاره……………………………………………………………………………………..72

شکل (4-2) طیف بازتابندگی افزاره بر حسب طول موج ………………………………………………………………..75

شکل(4-3) نمودار بازتابندگی بر حسب انرژی……………………………………………………………………………….75

شکل(4-4) طیف شدت نور در گستره افزاره………………………………………………………………………………….76

شکل(4-5) توان خروجی برحسب جریان تزریقی –جریان آستانه…………………………………………………….77

شکل(4-6) ساختار افزاره به صورت Airpost………………………………………………………………………………77

شکل(4-7) نمودارتوان خروجی بر حسب ولتاژ اعمالی……………………………………………………………………78

شکل(4-8) نمودار دمای شبکه بر حسب ولتاژ………………………………………………………………………………..78

شکل(4-9) دمای نقاط مختلف در ساختار VCSEL………………………………………………………………………..79

شکل(4-10) نمودار گین بر حسب جریان……………………………………………………………………………………..79

شکل(4-11) نمودار توان خروجی بر حسب جریان تزریقی در ازای تغییر قطر افزاره ………………………….80

شکل(4-12) نمودار جریان آستانه بر حسب قطرهای مختلف افزاره…………………………………………………..80

شکل(4-13) نمودار تغییرات گین بر حسب قطر افزاره…………………………………………………………………….81

شکل(4-14) نمودار ولتاژ بر حسب جریان تزریقی با تغییر قطر افزاره………………………………………………..81

شکل(4-15) نمودارطول موج رزنانس و انرژی فوتون بر اساس تعداد چاههای کوانتمی………………………82

شکل(4-16) نمودار تغییرات جریان آستانه بر اساس تعداد چاههای کوانتمی………………………………………83

شکل(4-17) نمودار توان خروجی بر حسب ولتاژ در افزاره با تعداد چاههای مختلف………………………….83

شکل( 4- 18) : نمودار گین بر حسب جریان درتعداد چاههای مختلف……………………………………………..84

شکل (4-19) بروز یک زانودر نمودار توان بر حسب ولتاژ در افزاره با 4 چاه کوانتمی…………………………84

شکل(4-20) نموار توان بر حسب تعداد چاههای کوانتمی………………………………………………………………..85

شکل(4-21) نمودار توان وجریان آستانه با تغییر آلایش لایه های DBR…………………………………………….86

شکل(4-22) نمودار دما بر حسب مقدار آلایش در ولتاژ 4/2 ولت…………………………………………………….86

شکل(4-23) نمودار مقاومت سری لایه های DBR بر حسب آلایش لایه ها……………………………………….87

شکل(4-24) نمودار تغییرات طول موج رزنانس وانرژی فوتون با تغییر دما…………………………………………88

شکل(4-25) نمودار تغییرات جریان آستانه بر حسب تغییر دما………………………………………………………….89

شکل(4-26) تغییرات توان خروجی به ازای تغییر دما………………………………………………………………………89

شکل(4-27) نمودار گین در دماهای مختلف…………………………………………………………………………………..90

شکل(4-28) وضعیت گرمای درون شبکه ای در افزاره…………………………………………………………………….90

شکل(4-29) مقاومت سری بر حسب تغییر دما……………………………………………………………………………….91

شکل(4-30) نمودار باز تابندگی بر حسب تعداد لایه های DBR…………………………………………………….. 92

شکل (4-31) چگالی جریان الکترونی در چاه کوانتمی با تغییر تعداد لایه های DBR…………………………..92

شکل(4-32) نمودار توان بر حسب ولتاژ خروجی…………………………………………………………………………..93

شکل(4-33) نمودار تغییر طول موج تابشی بر حسب تعداد لایه های DBR ………………………………………93

شکل(4-34) تغییرات جریان آستانه و توان خروجی به ازای ضخامتهای مختلف چاه کوانتمی……………..95

شکل(4-35) تغییرات طول موج و انرژی فوتون بر حسب تغییرات ضخامت چاه در افزاره…………………..95

شکل(4-36) نمودار گین آستانه بر حسب ضخامت چاه کوانتمی……………………………………………………..96

شکل(4-37) تغییرات چگالی فوتونها با تغییر سطح کنتاکت………………………………………………………………96

شکل(4-38) نمودار توان وجریان آستانه بر حسب سطح کنتاکت………………………………………………………97 شکل(4-39) تغییرات دمای شبکه بر اساس سطح کنتاکت………………………………………………………………..97

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “دانلود پروژه:تحلیل وشبیه سازی اثرپذیری جریان آستانه وگین در یک لیزر VCSEL مبتنی بر چاه کوانتمی از برخی پارامترهای افزاره”