مهندسی برق
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی الکترونیک بررسی تاثیر پارامترهای مختلف در طیف انعکاسی DBR مبتنی بر AlGaN در لیزرهای VCSEL چکیده لیزرتابش از سطح با کاواک عمودی (VCSEL) یک نوع لیزر نیمه هادی می باشد که کاواک آن عمود بر لایه فعال تشکیل می شود. این لیزر اولین بار توسط Soda و همکارانش در سال 1979 در ژاپن ساخته شد. آنها از ناحیه فعال GaInAsP و آینه های فلزی استفاده کردند. مزایای این نوع لیزر نسبت به لیزرهای متدوال دیگر از قبیل FP و DFB عبارتند از: عملکرد بصورت تک مد طولی، کاهش مدهای عرضی، افزایش راندمان کوپلینگ نور لیزر به فیبر، جریان آستانه کمتر، سادگی ساخت و بسته بندی. درلیزر VCSEL ، از DBR به عنوان آینه های فوقانی و تحتانی استفاده می شود. DBR از لایه های تناوبی مواد نیم هادی یا دی الکتریک تشکیل می شود. از آنجا که در لیزر VCSEL طول ناحیه بهره بسیار کوچک است (چند ده نانومتر) لذا برای داشتن چگالی جریان آستانه پایین باید ضریب شکست این DBR بسیار بالا باشد (بالاتر از% 5/99) . در این تحقیق سعی می‌شود اثر پارامترهای مهمی از قبیل لایه ها، وابستگی ضریب شکست مواد به طول موج و ضریب جذب لایه ها در طیف انعکاس DBR مبتنی بر آلیاژهای AlGaN بررسی شود. لازم به ذکر است این نوع DBR درطراحی لیزر VCSEL در محدوده طول موج UV (ماورا بنفش) کاربرد دارد. پایان نامه بررسی تاثیر پارامترهای مختلف در طیف انعکاسی DBR مبتنی بر AlGaN در لیزرهای VCSEL در قالب 4 فصل و بصورت ورد ارائه شده است. واژه گان کلیدی: لیزر کاواک عمودی (VCSEL) بازتابگر برگ توزیع شده (DBR) مقدمه واژه لیزر مخفف عبارت (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) به معنی «تقویت نور به روش گسیل القایی تابش» است.لیزر ابزاری است که نور را به صورت پرتوهای موازی بسیار باریکی که طول موج مشخصی دارند ساطع می‌کند. این دستگاه از ماده‌ای جمع‌کننده یا فعال کنده نور تشکیل شده که درون محفظه تشدید نور قرار دارد. این ماده پرتو نور را که به وسیله یک منبع انرزی بیرونی (از نوع الکتریسیته یا نور) به وجود آمده، تقویت می‌کند.نخستین بار طرح اولیه لیزر (میزر) را انیشتن داد. کار لیزر به این گونه‌است که با تابش یک فوتون به یک ذره (اتم یا مولکول یا یون) برانگیخته، یک فوتون دیگر نیز آزاد می‌شود که این دو فوتون با هم، هم فرکانس هستند. با ادامه این روند شمار فوتون‌ها افزایش می‌یابد که می‌توانند باریکه‌ای از فوتون‌ها را به وجود بیاورند. لیزر از نظر ماهیت هیچ تفاوتی با نور عادی ندارد و خواص فیزیکی لیزر، آن را از نورهای ایجاد شده از دیگر منابع متمایز می‌سازد. از نخستین روزهای تکنولوژی لیزر، به خواص ویژه آن پی برده شد که خود این خواص بستری عظیم برای کاربردهای وسیع این پدیده در علوم گوناگون به ویژه صنعت و پزشکی ایجاد کرده‌است. پیشرفت دانش بدون تکنولوژی لیزر امکان‌پذیر نیست. شاید مهم‌ترین بخش فیزیک اتمی، بحث فیزیک لیزر باشد. با دادن انرژی به الکترون‌های یک اتم می‌توان آنها را به مدارهای بالاتر برد. اما این خانه جدید برای الکترون‌ها جایگاه چندان پایداری نیست و الکترون‌ها ترجیح می‌دهند با پس دادن انرژی به مدار اصلی خود برگردند. این انرژی به صورت یک فوتون با فرکانس مشخص آزاد می‌شود. یعنی یک واحد انرژی. نور از همین فوتون‌ها ساخته می‌شود. پس اگر با تعداد زیادی از اتم‌ها هم‌زمان این کار را انجام دهیم، می‌توانیم پرتو نوری تک فرکانس ایجاد کنیم. علاوه بر اینکه با روش‌ها و دقت‌هایی می‌توان پرتوهای هم فاز تولید کرد. این پدیده اساس تولید پرتوهای لیزر است. ویژگی‌های منحصربفرد لیزر آن را از نورهای دیگر متمایز می‌سازد که در هیچ منبع نور دیگری یافت نمی‌شود. لیزر چهار ویژگی دارد: 1. همدوسی 2. تک رنگی 3. واگرایی کم 4. موازی بودن پرتو فهرست مطالب چکیده 2 مقدمه 4 فصل اول 6 1- نیترید و انواع لیزرهای VCSEL 7 1-1 نیتریدها 7 1-2 مروری بر VCSEL ها (لیزر انتشار از سطح با کاواک عمودی) 9 1-3 ساختار VCSEL 12 1-4 رشد اپیتکسیال VCSEL (Epitaxial Growth of VCSEL) 14 1-5 ساخت VCSEL 15 1-5-1 VCSEL های اچ شده هوا- پست (Etched air-post VCSELs) 15 1-5-2 VCSEL های یون کاشته شده (Ion-Implanted VCSELs) 18 1-5-3 VCSEL های اکسید انتخابی (Selectivity Oxidized VCSELs) 19 1-6 کاربرد های VCSEL ها 20 1-7 VCSEL در مقایسه با EEL 21 1-7-1 ویژگی های پرتو و شکل 22 1-7-2 جریان آستانه 1-7-3 ابعاد 1-7-4 ساخت 1-7-5 بسته بندی، نصب و راه اندازی ساده فصل دوم 2- بازتابگرهای براگ توزیع شده (Distributed Bragg Reflectors) 2-1 نظریه بازتابگر براگ 2-2 روش های محاسبه ضریب بازتابش 2-3 نماد گذاری برای محاسبه چند لایه 2-4 بازتاب و انتقال در مرز دو لایه 2-5 ارائه فرمول ماتریس انتقال برای چند لایه 2-6 حداکثر بازتاب از یک پشته براگ فصل سوم 3- چیدمان مختلف لایه ها و تاثیر آن بر بازتاب 3-1 حالت اول: 3-2 حالت دوم: 3-3 حالت سوم: 3-3-1 حالت سوم 1: 3-3-2 حالت سوم 2: فصل چهارم 4- پیاده سازی مدلی برای DBRهایی بر پایه نیترید 4-1 آلیاژ مبتنی بر DBR ها 4-2 مدل ضریب شکست 4-2-1 مدل سلمییر 4-2-2 مدل آداچی 4-3 ضریب جذب و مدل سازی جذب 4-4 طیف بازتاب فهرست منابع چکیده انگلیسی فهرست جدول ها جدول 1: پارامتر های سلمییر برای و جدول 2: پارامتر های سلمییر برای و جدول 3: پارامتر های سلمییر برای جدول 4: بازتاب نور در طول موج های مختلف براگ با تعداد تناوب برای DBRهای فهرست شکل ها شکل 1: LED های آبی، سفید، قرمز و سبز 8 شکل 2: ساختار معمولی VCSEL ها و انعکاس در مرز بین هر یک از لایه ها 13 شکل 3: VCSEL هندسه پایین 17 شکل 4: VCSEL هندسه بالایی 18 شکل 5: VCSEL یون کاشته شده 19 شکل 6: VCSEL اکسید انتخابی 20 شکل 7: آرایه VCSEL دو بعدی 21 شکل 8: شماتیک VCSEL و EEL 22 شکل 9: انتشار VCSEL 850 نانومتر با پرتو دایره ای قرمز و واگرایی کمتر شکل 10: پدیده انعکاس در مرز بین دو لایه شکل 11: چیدمان لایه های و و با مرز هوا با لایه شکل 12: بازتاب بر حسب طول موج با مرز هوا شکل 13: چیدمان لایه های و و با مرز هوا با لایه و با مرز بستر یاقوت کبود با لایه شکل 14: بازتاب بر حسب طول موج با مرز هوا و یاقوت کبود شکل 15: چیدمان لایه های و و با مرز هوا با لایه شکل 16: بازتاب بر حسب طول موج با مرز هوا و یاقوت کبود شکل 17: چیدمان لایه های و و با مرز هوا با لایه شکل 18: بازتاب بر حسب طول موج با مرز هوا و یاقوت کبود شکل 19: ضریب شکست و بر حسب طول موج شکل 20: ضریب شکست و بر حسب طول موج شکل 21: ضریب شکست بر حسب طول موج شکل 22: ضریب شکست آلیاژ با 0<x<1 بر حسب طول موج شکل : ضریب شکست آلیاژ با 0<x<1 بر حسب انرژی فوتون شکل 24: ضریب شکست آلیاژ بر حسب انرژی فوتون شکل 25: جذب بر حسب انرژی فوتون شکل 30: جذب بر حسب انرژی فوتون شکل 26: جذب بر حسب انرژی فوتون شکل 27: ترکیبات آلومینیوم بر حسب انرژی باندگپ و طول موج متناظر شکل 28: بازتاب بر حسب طول موج با استفاده از DBR های شکل 29: بازتاب بر حسب طول موج به روی طول موج های براگ 300، 350، 400، 450 و 500 نانومتر و لایه هایی با ضریب شکست مختلف با ترکیب 91/0 و 5/0
