دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
“M.SC” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی برق-الکترونیک
عنوان:
مدلسازی مداری لیزر با ساختار چاه کوانتمی
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 یک حامل مناسب برای انتقال اطلاعات از طریق فیبر نوری، در
سیستمهای مخابرات نوری جایگاه خاصی پیدا کرده اند و قطعات الکترونیک نوری همچون منابع نوری
(لیزرها)، آشکار سازها (فوتو دیودها)، تقویت کننده های نوری نیمه رسانا و… بعنوان عناصر اصلی این
سیستمها نقش مهمی را ایفا می کنند.
در سالهای اخیر لیزرهای نیمه رسانا، بویژه لیزرهای چاه کوانتمی بطور وسیعی در سیستمهای ارتباط
نوری، مدارات مجتمع نوری، پرینترهای لیزری، دیسکهای فشرده، پوینترهای لیزری و نمایشگرهای
لیزری استفاده می شوند.
برای توصیف رفتار اینگونه لیزرها روشهای مختلفی وجود دارد که یکی 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
فیزیک افزاره ها به صورتی تبدیل می گردند که با استفاده از مدارهای الکتریکی قابل بیان باشند.
طراحی و شبی هسازی قطعات و سیستمهای الکترونیکی نوری در ابزارهای کامپیوتری قبل از ساخت،
آنها می تواند در بهینه سازی و تعیین پارامترهای قطعه بسیار مفید باشد. امروزه تکنولوژی لازم برای
شبیه سازی سیستمهای الکترونیکی کاملاً توسعه پیدا کرده است. این تکنولوژی در زمینه الکترونیک
یک مطلب دیگر :
و مشابه آن رفتار و SPICE نوری در حال توسعه و تکامل می باشد. لذا می توان با کمک ابزارهایی مانند
عملکرد قطعات الکترونیکی نوری را از لحاظ الکترونیکی و نوری بطور همزمان بررسی و مدلسازی
نمود.
در شبیه سازی لیزر نیمه رسانا، مدلسازی باید در سطحی باشد که بتوان مکانیزمهای فیزیکی داخل
قطعه را با جزئیات کامل مدل نمود. بسیاری از مدلها مشتمل بر آنالیزهای چندبعدی، نظیر بررسی
رفتار الکتریکی در کنار بررسی مشخصات نوری قطعه می باشد. حجم بالای محاسبات که در ذات
برنامه های شبیه سازی عددی می باشد، استفاده از شبیه سازهای مداری را در مقایسه با دیگر ابزارهای
طراحی سیستمهای الکترونیکی نوری تقویت می کند.
همانطور که گفته شد مدلسازی قطعات نوری مشتمل بر بررسی رفتار الکترونیکی و نوری آنهاست، لذا
شبیه سازی باید به دفعات تکرار 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 کمتر بسیار مورد توجه
است اگرچه لازم به یادآوری است که نباید دقت این ابزارها و مدلها از مقدار مشخصی کمتر باشند.
در طی بیست و پنج سال اخیر مدلسازی لیزر با کمک المانهای مداری مثل ترانزیستورها، مقاومتها و
خازنها رشد چشم گیری داشته است. مدلهای لیزر در سطح المانهای مداری، طراحی مدارات مجتمع
الکترونیکی نوری یا مدارات ترکیبی نوری- الکترونیکی را امکا 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 که 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 عملکرد آنها مورد
به منظور پیاد هسازی RLC یکی از افرادی است که از یک مدار ] بررسی قرار گرفته است. کاتز
سیگنال کوچک معادلات نرخ برای حاملها و چگالی فوتونها بهر هگرفته است. مدل سیگنال بزرگ
ارائه شده که در آن از معادلات نرخ تک مدی استفاده شده است. مقالات اخیر توسط تاکر
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 کوچک لیزرهای ] هستند. کان
آن حمل و نقل حاملها بین چاه کوانتومی و لایه های تحدید نوری بررسی شده است. این در حالیست
نیز مدار آثار سیگنال بزرگ لیزر چاه کوانتومی را مدل کرد هاند. بیوترا و تسو که لیو
معادل لیزر را با لحاظ کردن اثر حرارتی ارائه نموده است. صالحی اثر چگالی نقصها در ناحیه فعال
را با اضافه کردن 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 فرکانس چگالی حاملها که در معادلات کاربرد دارد را بیان نموده است. زوتسچر
ساخته شده را اندازه گیری نموده و با نتایج InGaAS −GaAS (چیرپ ) یک لیزر چاه کوانتمی
شبیه سازی عددی آن مقایسه نموده است.
با توجه به اهمیت فوق العادة لیزرهای چاه کوانتومی با ساختار غیر همجنس تحدید جداگانه 8 و کاربرد
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 کوچک و سیگنال بزرگ لیزر چاه کوانتمی
، دست یافت . همچنین پارامترهای مهمی از قبیل تاخیر زمانی روشن شدن لیزر، فرکانس 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 بکار رفته در این تحقیق QW از آنجا که ساختار لیزر
است، بر تاخیر زمانی روشن شدن SCH-QW را که از جمله پارامترهای مهم در طراحی لیزر SCH
لیزر، فرکانس واهلش و عرض باند مدولاسیون بررسی می شود.
در این تحقیق سعی بر آن شد که مشخصه چیرپ نیز بررسی و توسط مدلسازی مداری شبیه سازی
شود. پدیده چیرپ لیزر در مشخصه سیستم های انتقال اهمیت می یابد، چیرپ فرکانس برای ارتباطات
