بخشی از مقاله
چکیده
این در این مقاله با حل کردن معادلات آهنگ به حالت پایا و همچنین با در نظر گرفتن اتلاف درونی وابسته به چگالی حامل های آزاد در ناحیه OCL ، تغییرات توان خروجی را برحسب افزایش چگالی جریان تزریقی به ازاء ضریب سطح مقطع جذب و چگالی سطحی نقاط کوانتومی متفاوت برای تعداد آرایه های نقاط کوانتومی متفاوت بررسی می کنیم.
کلید واژه- لیزر نیمه رسانای نقطه کوانتومی، چگالی جریان تزریقی، توان خروجی، برگشت گرمایی
-1 مقدمه
یکی از انواع لیزرها، لیزرهای نیمه رسانا است که در تشعشع گسیلی به شدت تکرنگ هستند و یک پرتو به شدت جهت دار ایجاد می کند و در بسامدهای بالا توسط جریان بایاس کننده به سهولت مدوله می شوند. مشخصه های مهم لیزرهای نیمه رسانا عبارتند از: بهره بالا، چگالی جریان آستانه پایین، بهره دیفرانسیلی بالا، فرکانس نوسانی بالا، حساسیت دمایی کاهش یافته، پهنای مدولاسیون بالا، فرکانس نوسانی واهلش بالا، پهنای خطی طیفی باریکتر، طول موج لیزردهی قابل تنظیم. کاهش ابعادی ناحیه فعال بطور قابل ملاحظه ای کارایی لیزرهای نیمه رسانا را افزایش می دهد .[1]یکی از انواع لیزرهای نیمه رسانا با ابعاد بسیار کوچکتر که مشخصه های بهتری دارند، لیزرهای نقطه کوانتومی هستند. پژوهش های اخیر اختصاص یافته به ساخت و پیشرفت لیزرهای نقطه کوانتومی مزیت های بلقوه ای را برای چنین لیزرهایی را نشان می دهد .[2]اتلاف اپتیکی درونی در همه نوع از لیزرهای نیمه رسانا مطرح می شود که تاثیراتی سوء بر عملکرد آنها می گذارد. همچنین به دلیل کم بودن مقدار فاکتور محدودیت، اثر اتلاف درونی برای لیزرهایی با ناحیه های فعال محدود شده کوانتومی قویتر از لیزر های حجمی می باشد .[3]
-2 معادلات آهنگ
برای سهولت تحلیل موضوع مورد مطالعه، فرضیات زیر را در نظر می گیریم :[3]
-1اثر Spatial Hole Burning مطرح نمی شود و نسبت به مختصات طولی ثابت اند.
-2توزیع حامل های آزاددر جهت عرضی درOCL - Optical Confinement Layer - یکنواخت درنظر گرفته می شود.
-3خنثایی بار را بطورجدادر OCLوQD - Quantum Dot - ها در نظر می گیریم.
-4گذارهای حالت برانگیخته در QD ها مورد مطالعه قرار نمی دهیم.
برای محاسبه چگالی حامل های آزاد در ناحیه OCL و در نتیجه اتلاف درونی و توان خروجی به حالت پایا از معادلات آهنگ زیر برای حامل های محدود در QD ، حامل های آزاد در OCL و فوتون ها استفاده می کنیم :[3]
آن mcocL جرم موثر الکترون در نوار رسانش OCL و NcocL چگالی حالت های موثر نوار رسانش ناحیه OCL ، En انرژی برانگیخته حامل از QDها و دمای T که در واحدهای انرژی اندازه گیری شده است، می باشد .[3]با استفاده از معادلات آهنگ حالت پایا و اندکی محاسبه روابط زیر بدست می آید :[3]
معادله اتلاف درونی وابسته به چگالی حامل های آزاد بصورت زیر ارائه می شود:
که در آن int ضریب سطح مقطع جذب و 0 پارامترثابت و n چگالی حامل های آزاد در ناحیه OCL می باشد.برای محاسبه توان خروجی با استفاده از تعداد فوتون های تولید شده از رابطه زیر استفاده می شود:
-3 نتایج شبیه سازی
با توجه به منحنی شکل شماره - 1 - با افزایش چگالی جریان تزریقی، افزایش توان خروجی را مشاهده می کنیم که در چگالی جریان آستانه حدود 40 آمپر بر سانتی متر مربع لیزردهی آغاز می شود. و همانطور که دیده می شود در چگالی جریان تزریقی حدود 600 آمپر بر سانتی متر مربع، توان خروجی حدود 6 میلی وات می باشد ولی بعد از افزایش چگالی جریان تزریقی بیشتر، به دلیل جذب حامل های آزاد در ناحیه OCL اتلاف درونی افزایش یافته و در نتیجه باعث افزایش دمای ناحیه فعال می شود و برگشت گرمایی رخ می دهد.در منحنی شکل شماره - 2 - با مقایسه سه منحنی که مربوطبه ضریب های سطح مقطع اتلاف جذبی متفاوت می باشد، مشاهده می کنیم که با افزایش آنها و در نتیجه جذب بیشتر حامل ها در ناحیه OCL چگالی جریان تزریقی بیشتری نیاز است تا لیزردهی آغاز شود. یعنی چگالی جریان آستانه افزایش می یابد و همچنین برگشت گرمایی در چگالی جریان تزریقی کمتر و در توان خروجی پایینتری رخ می دهد.با توجه به منحنی شکل شماره - 3 - می توان به این نتیجه رسید که افزایش اتلاف درونی باعث افزایش چگالی جریان آستانه می شود . و همچنین زیاد شدن چینه ها باعث می شود که چگالی جریان آستانه پایین آمده و روند افزایش آن نسبت به اتلاف درونی خیلی کم باشد.
