دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشكده تحصیلات تكمیلی
“M.SC” پایان نامه برای دریافت درجه كارشناسی ارشد
مهندسی برق-الكترونیك
عنوان:
مدلسازی مداری لیزر با ساختار چاه كوانتمی
برای رعایت حریم خصوصی اسامی استاد راهنما،استاد مشاور و نگارنده درج نمی شود
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
فصل اول: مقدمه
امروزه با مطرح شدن نور بعنوان یك حامل مناسب برای انتقال اطلاعات از طریق فیبر نوری، در
سیستمهای مخابرات نوری جایگاه خاصی پیدا كرده اند و قطعات الكترونیك نوری همچون منابع نوری
(لیزرها)، آشكار سازها (فوتو دیودها)، تقویت كننده های نوری نیمه رسانا و… بعنوان عناصر اصلی این
سیستمها نقش مهمی را ایفا می كنند.
در سالهای اخیر لیزرهای نیمه رسانا، بویژه لیزرهای چاه كوانتمی بطور وسیعی در سیستمهای ارتباط
نوری، مدارات مجتمع نوری، پرینترهای لیزری، دیسكهای فشرده، پوینترهای لیزری و نمایشگرهای
لیزری استفاده می شوند.
برای توصیف رفتار اینگونه لیزرها روشهای مختلفی وجود دارد كه یكی از آنها مدلسازی مداری و
تحلیل با بهره گیری از شبیه سازهای مداری است. شبیه سازهای مداری ابزارهایی قدرتمند برای طراحی
و تحلیل افزاره های نوری و درایورهای آنها هستند. در شبیه سازی های مداری، تئوریها و مسائل اساسی
فیزیك افزاره ها به صورتی تبدیل می گردند كه با استفاده از مدارهای الكتریكی قابل بیان باشند.
طراحی و شبی هسازی قطعات و سیستمهای الكترونیكی نوری در ابزارهای كامپیوتری قبل از ساخت،
آنها می تواند در بهینه سازی و تعیین پارامترهای قطعه بسیار مفید باشد. امروزه تكنولوژی لازم برای
شبیه سازی سیستمهای الكترونیكی كاملاً توسعه پیدا كرده است. این تكنولوژی در زمینه الكترونیك
یک مطلب دیگر :
و مشابه آن رفتار و SPICE نوری در حال توسعه و تكامل می باشد. لذا می توان با كمك ابزارهایی مانند
عملكرد قطعات الكترونیكی نوری را از لحاظ الكترونیكی و نوری بطور همزمان بررسی و مدلسازی
نمود.
در شبیه سازی لیزر نیمه رسانا، مدلسازی باید در سطحی باشد كه بتوان مكانیزمهای فیزیكی داخل
قطعه را با جزئیات كامل مدل نمود. بسیاری از مدلها مشتمل بر آنالیزهای چندبعدی، نظیر بررسی
رفتار الكتریكی در كنار بررسی مشخصات نوری قطعه می باشد. حجم بالای محاسبات كه در ذات
برنامه های شبیه سازی عددی می باشد، استفاده از شبیه سازهای مداری را در مقایسه با دیگر ابزارهای
طراحی سیستمهای الكترونیكی نوری تقویت می كند.
همانطور كه گفته شد مدلسازی قطعات نوری مشتمل بر بررسی رفتار الكترونیكی و نوری آنهاست، لذا
شبیه سازی باید به دفعات تكرار شود تا بتوان با توجه به مشخصات تعیین شده به مقدار بهینه برای
برخی پارامترهای مهم دست یافت. بنابراین نیاز به مدلهایی با حجم محاسباتی كمتر بسیار مورد توجه
است اگرچه لازم به یادآوری است كه نباید دقت این ابزارها و مدلها از مقدار مشخصی كمتر باشند.
در طی بیست و پنج سال اخیر مدلسازی لیزر با كمك المانهای مداری مثل ترانزیستورها، مقاومتها و
خازنها رشد چشم گیری داشته است. مدلهای لیزر در سطح المانهای مداری، طراحی مدارات مجتمع
الكترونیكی نوری یا مدارات تركیبی نوری- الكترونیكی را امكا نپذیر می سازند. در این شبیه سازیها
تعیین م یشود. SPICE مشخصات دقیق ترمینالهای لیزر در محیط استاندارد شبیه سازی مانند
در تعدادی از موارد مهم و قابل توجه كه در اینجا به طور خلاصه عنوان می شود، از معادلات نرخ به
منظور توصیف رفتار لیزر استفاده شده است و با استفاده از شبی هسازهای مداری عملكرد آنها مورد
به منظور پیاد هسازی RLC یكی از افرادی است كه از یك مدار ] بررسی قرار گرفته است. كاتز
سیگنال كوچك معادلات نرخ برای حاملها و چگالی فوتونها بهر هگرفته است. مدل سیگنال بزرگ
ارائه شده كه در آن از معادلات نرخ تك مدی استفاده شده است. مقالات اخیر توسط تاكر
QW مشتمل بر پیشرفتهای قابل توجهی در بیان رفتار لیزر با جزئیات بسیار، نظیر مدلسازی لیزرهای
برپایة معادلات نرخ را ارائه دادند و در QW مدل مداری سیگنال كوچك لیزرهای ] هستند. كان
آن حمل و نقل حاملها بین چاه كوانتومی و لایه های تحدید نوری بررسی شده است. این در حالیست
نیز مدار آثار سیگنال بزرگ لیزر چاه كوانتومی را مدل كرد هاند. بیوترا و تسو كه لیو
معادل لیزر را با لحاظ كردن اثر حرارتی ارائه نموده است. صالحی اثر چگالی نقصها در ناحیه فعال
را با اضافه كردن معادله تغییرات این حاملها به معادلات نرخ مدل نموده است.
نیز اثر ترازهای بالای چاه 5 را در نظر گرفته است و فرمول تجربی بهره برحسب جیان جون
تغییرات فركانس چگالی حاملها كه در معادلات كاربرد دارد را بیان نموده است. زوتسچر
ساخته شده را اندازه گیری نموده و با نتایج InGaAS −GaAS (چیرپ ) یك لیزر چاه كوانتمی
شبیه سازی عددی آن مقایسه نموده است.
با توجه به اهمیت فوق العادة لیزرهای چاه كوانتومی با ساختار غیر همجنس تحدید جداگانه 8 و كاربرد
وسیع آنها، این نو ع لیزر در این پایا ننامه بررسی و مدلسازی مداری این نوع ساختار انجام شده است .
با استفاده از مدل مداری می توان به پاسخهای سیگنال كوچك و سیگنال بزرگ لیزر چاه كوانتمی
، دست یافت . همچنین پارامترهای مهمی از قبیل تاخیر زمانی روشن شدن لیزر، فركانس واهلش
عرض باند مدولاسیون و میزان حساسیت پارامترهای فوق به تغییر جریان بایاس را مشاهده نمود.
می باشد، مواردی از قبیل تاثیر تغییر طول SCH بكار رفته در این تحقیق QW از آنجا كه ساختار لیزر
است، بر تاخیر زمانی روشن شدن SCH-QW را كه از جمله پارامترهای مهم در طراحی لیزر SCH
لیزر، فركانس واهلش و عرض باند مدولاسیون بررسی می شود.
در این تحقیق سعی بر آن شد كه مشخصه چیرپ نیز بررسی و توسط مدلسازی مداری شبیه سازی
شود. پدیده چیرپ لیزر در مشخصه سیستم های انتقال اهمیت می یابد، چیرپ فركانس برای ارتباطات
