دانلود پروژه:شبیه سازی وتحلیل الزامات موردنیاز برای منبع پالس لیزر فیدبک توزیعی (DFB) به منظور ارائه طیف توان نوری با پهنای باند مناسب

فهرست مطالب

چکیده…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..1

فصل اول: مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..2

1-1مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..3

1-2 بیان مسأله……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….3

1-3 فرضیه­ها………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….6

1-4 اهداف تحقیق …………………………………………………………………………………………………………………………………………………6

1-5 بهر­­ه­وران ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..6

1-6 جنبه نوآوری…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..6

1-7 روش کار ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….7

فصل دوم:مبانی تئوری……………………………………………………………………………………………………………………………………………..8

2-1 لیزر………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..9

2-2 اصول اساسی لیزر………………………………………………………………………………………………………………………………………….11

2-2-1 جذب وگسیل تشعشع………………………………………………………………………………………………………………………………..11

2-2-2 روابط انیشتین و مفهوم وارونگی جمعیت……………………………………………………………………………………………………..13

2-3 لیزر نیمه­رسانا………………………………………………………………………………………………………………………………………………..16

2-3-1 اصول ساخت لیزر نیمه­رسانا ………………………………………………………………………………………………………………………17

2-3-2 انواع لیزر نیمه­رسانا…………………………………………………………………………………………………………………………………….18

2-3-3 مقایسه لیزر نیمه­رسانا با سایر لیزرها……………………………………………………………………………………………………………..18

2-3-4 کاربرد لیزر نیمه­رسانا………………………………………………………………………………………………………………………………….19

2-4 لیزرهای تک فرکانسی…………………………………………………………………………………………………………………………………….19

2-5 لیزرهای پس­خور گسترده (DFB)……………………………………………………………………………………………………………………20

2-5-1 لیزرDFB، Purely Index-Coupled ……………………………………………………………………………….24

2-5-2 لیزر DFB، mixed-couple…………………………………………………………………………………………………25

2-5-3  لیزر DFB ،Loss-Coupled  یا  Gain- Coupled………………………………………………………………………26

2-6  بررسی کارهای انجام شده در زمینه لیزر DFB ………………………………………………………………………………………………..28

فصل­سوم :لیزر فیدبک گسترده………………………………………………………………………………………………………………………………..58

3-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….59

3-2 لیزرهای دیودی……………………………………………………………………………………………………………………………………………..60

3-3 مدل بوهر برای اتم هیدرژن…………………………………………………………………………………………………………………………….61

3-4جذب و انتشار نور………………………………………………………………………………………………………………………………………….63

3-4-1تابش خودبخود…………………………………………………………………………………………………………………………………………..64

3-4-2 تابش تحریک شده……………………………………………………………………………………………………………………………………..65

3-5 لیزر DFB ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………66

3-6 معادلات موج کوپل شده در لیزر DFB …………………………………………………………………………………………………………..69

فصل چهارم:شبیه سازی لیزرهای با فیدبک توزیع شده………………………………………………………………………………………………74

4-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..75

4-2 شبیه سازی لیزرهای نیمه­هادی معمولی……………………………………………………………………………………………………………..75

4-2-1 مدل­های فیزیکی………………………………………………………………………………………………………………………………………..76

4-2-1-1 تعیین بهره­ی نوری…………………………………………………………………………………………………………………………………78

4-2-1-2 تابش تحریک شده…………………………………………………………………………………………………………………………………79

4-2-1-3 اثر اشباع بهره………………………………………………………………………………………………………………………………………..79

4-3 تکنیک های حل…………………………………………………………………………………………………………………………………………….80

4-4 تعیین شبیه سازی لیزر…………………………………………………………………………………………………………………………………….80

4-5 پارامترهای دستور LASER …………………………………………………………………………………………………………………………..80

4-6 پارامترهای عددی…………………………………………………………………………………………………………………………………………..81

4-7 شبیه سازی لیزر هدایت بهره……………………………………………………………………………………………………………………………82

4-8 شبیه سازی لیزر هدایت ضریب شکست……………………………………………………………………………………………………………85

4-9 طراحی و شبیه سازی لیزر DFB …………………………………………………………………………………………………………………….87

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………………………….95

5-1 نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….96

5-2 پیشنهادات…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….97

پیوست­ها……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..98

پیوست(1)……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………98

پیوست (2)………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..100

پیوست(3)………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….102

پیوست(4)………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….103

پیوست(5)………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….104

مراجع………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..106

فهرست شکل­ها

شکل(2-1)فرایند جذب(الف)، گسیل خودبخودی (ب) و گسیل القایی(ج)………………………………………………………………….12

شکل(2-2)شمای کلی یک لیزر DFB و یک لیزر DBR ، ضریب انعکاسهای متفاوت طرفین ناحیه خراشیده عامل ایجاد یک ضریب شکست متناوب بوده که این در واقع نمایش اثر پس­خور توزیع شده است. ناحیه هاشور خورده نمایشگر قسمتی از افزاره است که دارای بهره می­باشد…………………………………………………………………………………………………………………………..22

شکل(2-3) سطح مقطع یک موجبر یا منعکس کننده براگ و چگونگی انعکاس…………………………………………………………….23

شکل(2-4) دیاگرام شماتیک لیزر نیمه­رسانای DFB، purely Index-Coupled…………………………………………………………24

شکل(2-5) دیاگرام شماتیک لیزر نیمه­رسانای DFB، Mixed-couple      ……………………………………………………………..25

شکل(2-6) دیاگرام شماتیک لیزر نیمه­رسانای DFB، Purely Gain-Couple…………………………………………………………….26

شکل(2-7) دیاگرام شماتیک لیزر نیمه­رسانای DFB،  Purely loss-Couple  ……………………………………………………………27

شکل(2-8)مدار مجتمع نوری غشاء لیزر………………………………………………………………………………………………………………….29

شکل (2-9)لیزر LCI-DFB با گریتینگ سطحی………………………………………………………………………………………………………30

شکل (2-10)انواع لیزر پیشنهادی جهت تحقق غشاء LCI ………………………………………………………………………………………..30

شکل(2-11)غشاء لیزر LCI-DFB با عمق هسته  (d) 450 نانومتر ……………………………………………………………………………31

شکل (2-12) منحنی پاسخ بر حسب فرکانس ………………………………………………………………………………………………………….32

شکل (2-13)(الف) شماتیکی از تطبیق امپدانس RF در لیزر MI-DFB با استفاده از خط مایکرو استریپ متعارف و تطبیق مقاومت50 اهمی، (ب) معادل مداری شکل الف، (ج) محاسبه پاسخ فرکانسی (پارامترS-) برای قسمت الف با استفاده از شبیه ساز مدار مایکروویو………………………………………………………………………………………………………………………………………………33

شکل (2-14)(الف) شماتیکی از تطبیق امپدانس RF در لیزر MI-DFB با استفاده از خط مایکرو استریپ ویژه طراحی شده و تطبیق مقاومت50 اهمی، (ب) معادل مداری شکل الف، (ج) محاسبه پاسخ فرکانسی (پارامترS-) برای قسمت الف با استفاده از شبیه ساز مدار مایکروویو ………………………………………………………………………………………………………………………………………34

شکل(2-15)اندازه­گیری شیب بازده در یک لیزر DFB مستقل …………………………………………………………………………………..35

شکل (2-16)ویژگی­های RIN در یک لیزر DFB مستقل  ………………………………………………………………………………………..36

شکل(2-17)منحنی از OSRN به عنوان تابعی از  توان ورودی به تقویت کننده توان ……………………………………………………37

شکل (2-18)تکامل شکل طیفی لیزDFB  با افزایش جریان بایاس……………………………………………………………………………..39

شکل(2-19)پاسخ توان در ناحیه آستانه …………………………………………………………………………………………………………………..40

شکل (2-20)پهنای خط FWHM به جریان بایاس ………………………………………………………………………………………………….41

شکل(2-21)پهنای خط FWHM به معکوس توان نوری اطراف ناحیه آستانه برای هر دو لیزر……………………………………….41

شکل (2-22)منطقه بالای آستانه……………………………………………………………………………………………………………………………..42

شکل (2-23)وابستگی دما به استاتیک ER برای دستگاه A₁ از 0 تا 85 درجه سانتی­گراد……………………………………………….43

شکل (2-24)وابستگی دما به استاتیک ER برای دستگاه A₂ از 0 تا 85 درجه سانتی­گراد……………………………………………….44

شکل (2-25)وابستگی دما به ER دینامیکی……………………………………………………………………………………………………………..44

شکل(2-26)طیف توان فوق آستانه سطح گسیل و لبه گسیل لیزر DFB با گریتینگ مرتبه دوم و دوره­ی کاری 25%…………45

شکل(2-27)طیف توان فوق آستانه سطح گسیل و لبه گسیل لیزر DFB با گریتینگ مرتبه دوم و دوره­ی کاری 75%…………46

شکل(2-28)لیزر DFB با دوره­ی کاری 25%……………………………………………………………………………………………………………46

شکل(2-29)لیزر DFB با دوره­ی کاری 75%……………………………………………………………………………………………………………47

شکل(2-30)طیف لیزینگ EML در 25 درجه سانتی­گراد………………………………………………………………………………………….48

شکل(2-31)ویژگی­های SER از 15- تا 80 درجه سانتی­گراد…………………………………………………………………………………….48

شکل(2-32)پاسخ الکترونوری (E/O) سیگنال کوچک……………………………………………………………………………………………..49

شکل(2-33)عملکرد BER برای BTB و انتقال 2کیلومتر در 15-، 25 و 80 درجه سانتی­گراد……………………………………….49

شکل(2-34)تغییرات فرکانس نوسان آرامش در جریان بایاس……………………………………………………………………………………..51

شکل(2-35)نمودار اندازه و فاز، تابع انتقال یک لیزر بدون فیدبک برای مقادیر مختلف جریان………………………………………..52

شکل(2-36)نمودار اندازه و فاز، تابع انتقال یک لیزر با حلقه بازخورد برای جریان­های مختلف………………………………………52

شکل(2-37 )ویژگی­های خروجی فیبر در یک ماژول لیزر DFB 1064 نانومتر (الف) نور خروجی و ولتاژ (ب) طیف موج پیوسته ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..54

شکل(2-38)ویژگی­های خروجی فیبر……………………………………………………………………………………………………………………..54

شکل(2-39)عملکرد 50-ps پالس برای (الف) شکل تقویت پالس و(ب) طیف مدولاسیون بدست آمده توسط ماژول یکپارچه DFB/SOA با مدولاسیون همزمان…………………………………………………………………………………………………………………………55

شکل(2-40)ویژگی­های توان جریان در جاذب­های گرمایی متفاوت.پیوست داخل شکل: شکل موج تراکم جریان آستانه نسبت به درجه حرارت………………………………………………………………………………………………………………………………………….56

شکل(3-1)مدل اتمی بوهر……………………………………………………………………………………………………………………………………..62

شکل(3-2)فرایند جذب ،یک فوتون جذب می­شود و یک جفت الکترون –حفره ایجاد می­شود………………………………………63

شکل(3-3)تابش خودبخود…………………………………………………………………………………………………………………………………….65

شکل(3-4)تابش تحریک شده (یک فوتون یک جفت الکترون- حفره را تحریک می­کند و فوتونی ایجاد می­کند که دقیقا مشابه فوتون تابش شده است)………………………………………………………………………………………………………………………………..66

شکل(3-5)ساختار لیزر DFB ………………………………………………………………………………………………………………………………………….67

شکل(3-6)ایجاد موج در ساختار  لیزر برای تشکیل آینه …………………………………………………………………………………………..67

شکل(3-7)پروفایل بهره، تلفات و طیف لیزر معمولی و لیزر DFB  …………………………………………………………………………..69

شکل(3-8)لایه های چند دی الکتریک برای نشان دادن اختلال ضریب شکست……………………………………………………………70

شکل(3-9)مدل ساده ای برای توضیح شرایط براگ در یک موجبر پریودیک………………………………………………………………..71

شکل (3-10)ساختارهای مختلف برای گریتینگ……………………………………………………………………………………………………….73

شکل(4-1)ساختار لیزر هدایت بهره ……………………………………………………………………………………………………………………….82

شکل (4-2)نتایج شبیه سازی لیزر هدایت بهره………………………………………………………………………………………………………….83

شکل(4-3)توان خروجی نوری بر حسب جریان لیزر………………………………………………………………………………………………..84

شکل(4-4)ساختار لیزر هدایت ضریب شکست………………………………………………………………………………………………………..85

شکل(4-5)توان خروجی لیزر هدایت ضریب شکست بر حسب لتاژ آند (الف) و جریان آند (ب)………………………………….86

شکل(4-6)توان خروجی لیزر هدایت ضریب شکست به ازای لایه ی فعال In_0.65Ga_0.35As_0.23P_0.77……………………………..87

شکل(4-7)ساختار لیزر DFB………………………………………………………………………………………………………………………………..88

شکل(4-8)نمودار ولتاژ-توان لیزر DFB با دقت بالا…………………………………………………………………………………………………89

شکل(4-9)نمودار ولتاژ-توان لیزر DFB………………………………………………………………………………………………………………….89

شکل(4-10)نمودار ولتاژ-جریان…………………………………………………………………………………………………………………………….90

شکل(4-11)نمودار توان نوری مود اصلی و مودهای مرتبه بالاتر…………………………………………………………………………………91

شکل(4-12)نمودار پاسخ فرکانسی لیزر DFB………………………………………………………………………………………………………….92

شکل(4-13)جزئیات ساختار فیدبک مورد بررسی در لیزر DFB………………………………………………………………………………..92

شکل(4-14)نتایج شبیه سازی DFB به ازای عمق 55نانومتر………………………………………………………………………………………93

شکل(4-15)نمودار زمانی لیزر معمولی(الف)، لیزر DFB  معمولی(ب) و DFB پیشنهادی (ج)……………………………………..94