مایکرودیسک، مشددی اپتیکی است که دارای ابعادی در حدود طول موج نور است و برای محبوسسازی نور به کار می رود. نور توسط بازتاب داخلی کلی از دیواره دیسک که به نام مدهای ویسپرینگ گالری شناخته می شوند، محبوس می شود. آنها به دلیل فاکتورکیفیت بالا و مجتمع سازی در بلورهای فوتونی مورد توجه اند و در ساخت قطعات الکترونیک نوری مانند دیودهای رزنانسی و لیزرهای تک نقطه کوانتومی با آستانه بسیار پایین به کار می آیند. مایکرودیسک ها توسط مجموعه ای از فرایندهای پیشرفته رشد بلور و فرآوری ساخته می شوند که بر روی ستونی نازک در هوا معلقند. نمونه مایکرودیسک در این پایان نامه، در مرکز ملی تکنولوژی های نیمرسانای دانشگاه شفیلد انگلستان رشد و فرآوری شده است. نقاط کوانتومی به عنوان تابش گرهای مقیاس نانومتری حالت جامد در حین رشد در ویفر تعبیه می گردند که برای مطالعه برهمکنش تابش- ماده نیز در فیزیک حالت جامد مهم اند. در این پایان نامه به مطالعه و بررسی مدهای محبوس شده در این ساختار پرداخته شده است. میدان های الکترومغناطیسی مربوط به مدهای te و tm، با حل معادلات هلمهولتز در صفحه دیسک به دست آمدند. تغییرات میدان های شعاعی برای مدهای مختلف مورد بررسی قرارگرفتند، الگو و شدت آنها توسط نرم افزارهای origine وmathcad محاسبه و ترسیم شدند. بردارپوئینتینگ نیز برحسب شعاع دیسک و زاویه سمتی مورد محاسبه قرارگرفته و ترسیم شده است. مدها شناسایی شده و فاکتورکیفیت آنها و نحوه تغییر طول موج مدها با شماره مد ترسیم گردیده، نتایج شبیه سازی با نتایج عملی مقایسه شده که نحوه تغییرات تقریباً تطابق خوبی با تئوری دارد.

مطالعه مایکروکاواک های اپتیکی با هندسه های فابری-پرو، ویسپرینگ گالری و بلور فوتونیکی موضوع جالبی برای تحقیقات و به کارگیری این یافته ها در ساخت قطعات جدیدتر در حیطه های مختلف علمی و تجاری همچون ارتباطات از راه دور اپتیکی، ساخت قطعات اپتوالکترونیکی و تحقیق الکترودینامیک کوانتومی کاواک در فیزیک حالت جامد می باشند. با ساخت چنین هندسه های محبوس سازی سه بعدی، انتشار نور می تواند در هر سه بعد کنترل و تقویت شود. ساختار مایکروکاواک استوانه ای مورد مطالعه در این تحقیق، یک کاواک- است که توسط جفت لایه های گالیم آرسناید متناوب در آینه های براگ بالایی و پایینی محاط شده است. کاواک شامل یک لایه نقطه کوانتومی تعبیه شده در موقعیت شکم میدان الکترومغناطیسی کاواک است که به عنوان یک تابشگر عمل می کند. ساختار مایکروکاواک استوانه ای قابلیت جفت شدن با فیبر نوری را دارا بوده و به جهت قائم بودن و صاف بودن دیواره ها اهمیت فراوانی دارد. این دو پارامتر، برای حصول افت اپتیکی بسیار کوچک و در نتیجه به دست آوردن فاکتور کیفیت بالا در ساخت قطعات اپتوالکترونیکی، بسیار اساسی هستند. در این تحقیق، چگونگی محبوس سازی مدهای فوتونیکی با توجه به تأثیر مدهای فابری- پروی آینه ها و تأثیر دیواره استوانه ای به ترتیب بر کوانتیزه کردن بردار موج در راستای محور و در صفحه کاواک بررسی شده است. با شروع از حل معادلات ماکسول برای محیط داخل و خارج کاواک، تعدادی از مدهای مجاز میدان های الکتریکی و مغناطیسی به روش عددی و گرافیکی به دست آمده اند. همچنین پروفیل شدت تابش مدهای فوتونیکی مختلف ارائه گردیده است. چگونگی تغییرات طول موج تابشی، پهنای خط در نصف ارتفاع و فاکتور کیفیت، با تغییر شعاع کاواک بررسی شده و نتایج به دست آمده با نتایج حاصل از طیف های فوتولومینسانس، مقایسه شده است.

در دهه حاضر، بلورهای فوتونیکی از اهمیت بالایی در فیزیک وتکنولوژی برخوردار شده اند. می توان در آنها نور را تولید، تقویت، هدایت و یا محبوس ساخت. بنابراین، شناخت ویژگی های آنها و کنترل پارامترهای مربوطه برای ساخت ادوات تمام اپتیکی و جایگزینی با نوع الکترونیکی آنها حائز اهمیت است. در این پایان نامه، نانوکاواک بلور فوتونیکی دوبعدی با ساختار شش گوشی برای ایجاد شبکه متناوب حفره های هوادر ماده gaas انتخاب شد. تأثیر پارامترهایی نظیر ضخامت، ثابت شبکه و شعاع حفره هوا برای بررسی رابطه پاشندگی برای دو مد te و tm و نیز گاف نواری فوتونیکی بکار برده شده است. از جمله ی نانوکاواک های مورد علاقه، نانوکاواک h2، h3 و l3 مورد محاسبه قرار گرفتند. افزایش اندازه ی کاواک، تعداد مدهای بیشتری را در ناحیه ی گاف نواری مجاز می کند. از طرفی محاسبات نشان دادند که افزایش شعاع حفره هوا در ثابت شبکه ثابت، منجر به محبوس شدن مدهایی با طول موج های کوچک تر می شود. در ادامه تحقیق، فاکتور کیفیت انواع مدهای نانوکاواک های مورد بحث در این پایان نامه نیز به منظور درک بیشتر تأثیر آنها در کوپل شدگی، محاسبه گردیدند. شرایط مورد نیاز جهت برقراری انواع کوپل شدگی ها بین کوانتوم دات inas و نانوکاواک بررسی شد. سپس به عنوان نمونه دو نانوکاواک h2و h3 را در نظر گرفته و به محاسبه ی مدهای محبوس و میزان پهن شدگی این مدها در نانوکاواک پرداخته ایم. الگوی دوبعدی توزیع شدت میدان الکتریکی حاصل از گسیل کوانتوم دات را در نانوکاواک رسم کرده و پارامتر کوپل شدگی اکسیتون کوانتوم دات، به عنوان یک سیستم دوترازی، با فوتون نانوکاواک ارزیابی شدند. از مقایسه طیف های فوتولومینسانس موجود انجام گرفته در دانشگاه شفیلد با نتایج محاسباتی، درمی یابیم که انتخاب مناسب پارامترها و کیفیت نمونه برای داشتن فاکتور کیفیت بالای مدها و کوپل شدگی الزامی است. محاسبات و آنالیز داده ها در این پایان نامه، با استفاده از نرم افزارهای mpb ، bandsolve و origin انجام شده که برنامه های محاسباتی بر پایه ی روش های بسط موج تخت و تفاضل محدود دامنه زمانی استوار است.

نانوذرات فلزات نجیب محصور در محیط دی‏ الکتریک به علت خواص برجسته‏ نوری خطی و غیرخطی‏ اشان همواره مورد توجه بوده‏ اند. این توجه به خصوص به علت خواص نوری این مواد می باشد که برآمده از پدیده تشدید پلاسمای سطحی است. پس از تولید و گسترش انواع لیزرهای پالسی خصوصا از مرتبه‏ فمتوثانیه، بررسی این‏گونه مواد وارد مرحله‏ جدیدی شد. در این پایان‏ نامه، پاسخ نوری و گرمایی مواد نانوترکیبی شامل نانوذرات نقره محصور در محیط دی‏ الکتریک تحت تابش لیزر پالسی با دوره‏ فوق کوتاه با استفاده از مدل‏های نظری ارزیابی می‏ شود. ما در ابتدا جهت تبیین دینامیک گرمایی نانوذره، از مدل دودمایی بهره گرفتیم. سپس در مرحله‏ بعد مدل سه‏ دمایی که شامل انتقال انرژی به محیط اطراف نیز می‏ شود را به کار می‏ بریم. از آنجا که در کاربرد پالس‏های لیزری با دوره‏ فوق کوتاه، برای تبیین دینامیک الکترون‏ها در زمان‏های بسیار کوتاه، الکترون‏ها در تعادل گرمایی نیستند، دینامیک الکترون‏ها در این فاصله‏ زمانی که به رژیم غیر گرمایی موسوم است، توسط معادله‏ بولتزمن به درستی قابل بیان است. برای بررسی پاسخ نوری، تغییرات تابع دی‏ الکتریک نقره را به کمک مدل "روزه‏ ای" (rosei) بررسی کردیم. این بررسی با استفاده از نتایج مربوط به معادله‏ بولتزمن و مدل سه‏ دمایی به طور جداگانه صورت گرفته و مقایسه شده‏ اند. در ادامه توجه خود را به پاسخ نوری غیرخطی نانوترکیب مورد بررسی معطوف کرده و سهم گذار بین نواری الکترون- داغ در پذیرفتاری مرتبه‏ سوم نانوذرات نقره را به دست می‏ آوریم. نشان داده خواهد شد که سهم الکترون- داغ در پذیرفتاری غیرخطی مرتبه‏ سوم، در محدوده‏ تشدید پلاسمای سطحی، افزایش چشم‏گیری دارد.

مطالعه و کاربرد بلورهای فوتونیکی در دهه‎ی اخیر به شدت افزایش یافته است، از بلورهای فوتونیکی یک بعدی در ساخت پوشش‎هایی با قابلیت انعکاس بالا و پایین برای آینه‎ها و لنزها بهره برده می‎شود. بلورهای فوتونیکی دوبعدی در تحقیقات کنونی از اهمیت بیشتری برخوردار بوده، بطوریکه که کاربردهای تجاری برای چنین ساختارهایی بوجود آمده‎است که لیزرها و فیبرهای بلور فوتونیکی از جمله این کاربردها می‎باشد. گرچه فعلا جایی در تجارت برای بلورهای فوتونیکی سه‎بعدی نیست، ولی قابلیت و ویژگی‎های آن می‎تواند باعث ایجاد مفاهیم جدیدی در ساخت ادوات گردد. در این پایان‎نامه، به بررسی مدهای نانوکاواک در نانوساختارهای گاف نواری فوتونیکی، شامل بررسی مدهای ویژه و محبوس نانوکاواک از نظر طول موج، شدت، فاکتور کیفیت، چگونگی توزیع مدهای داخل نانوکاواک با استفاده از برنامه bandsolve پرداخته شده است. در ابتدا به توصیف بلورهای فوتونیکی به عنوان آرایه‎ای منظم از مواد دی الکتریک با ضرایب شکست مختلف سخن گفته شده است که به ترتیب در سه نوع یک، دو وسه بعدی یافت می‎شوند. بلورهای فوتونیکی مشابه با همتای بلور الکترونی دارای منحنی ساختار نواری خود می‎باشند که در این گاف امکان انتشار موج الکترومغناطیسی وجود ندارد. بلورهای فوتونیکی با تناوب در سه بعد می‎توانند دارای گاف نواری فوتونیکی در تمام جهات باشند که ساختن چنین ساختارهایی مشکل است. اما ساختارهای غیر سه بعدی (ساختارهایی با تناوب در دو بعد و یکنواخت در بعد دیگر) که دارای ضخامت محدودی است نیز می‎توانند تحت شرایطی موج را در سه جهت جایگزیده نماید که از نظر ساخت با دشواری کمتری روبروست. به همین دلیل نمونه‎ای که ما از آن استفاده کرده ایم یک ساختار شش‎گوشی با حفره‎های هوا در ماده gaas با ثابت شبکه 270 نانومتر و ضخامت 180 نانومتر و شعاع حفره‎های متغیر می‎باشد. علت انتخاب شبکه شش‎گوشی، تقارن بالای آن و درنتیجه داشتن گاف‎نواری پهن‎تر نسبت به شبکه‎ی مربعی است. و برای بررسی گاف نواری در این‎گونه ساختارها از نمودار فرکانس نرمالیزه بر حسب بردار موج نرمالیزه که وجود یا عدم وجود گاف نواری را برای ساختارهای متفاوت برای دو مد te و tm توصیف می‎کند، استفاده می‎کنیم. با توجه به نوع ساختارمان در مورد عوامل موثر بر گاف نواری برای مدهای te بحت کردیم که عواملی نظیر افزایش شعاع حفره‎ها تا یک شعاع خاص و افزایش ضریب شکست لایه سبب افزایش گاف نواری می‎شود، اما اگر شعاع حفره‎ها از یک حد خاص بیشتر شود و یا ضریب شکست محیط کاهش یابد، با کاهش گاف نواری مواجه می‎شویم.‎ کاواک‎ها می‎توانند با برداشتن، تغییر شکل دادن و یا تغییر دادن یک یا چند حفره‎ هوا نسبت به حفره‎های دیگر ایجاد شوند. البته داشتن گاف نواری فوتونیکی در ساختار در جهت ایجاد نانوکاواک ضروری است. در این پایان‎نامه، از نانوکاواک‎های h1 و h3 برای محاسبات استفاده کرده و در مورد آنها به بحث و بررسی پرداختیم. در طراحی کاواک، به نسبت فاکتور کیفیت به حجم مد، نیاز داریم. چند عامل بر فاکتور کیفیت تاثیر می‎گذارد، با افزایش شعاع، فاکتور کیفیت روندی نوسانی دارد اما اگر به طور کلی به آن نگاه کنیم تا شعاع خاصی یک سیر صعودی را مشاهده خواهیم کرد ولی از آن شعاع به بعد اگرچه هنوز در فاکتور کیفیت نوسان داریم اما به طور کلی با سیر نزولی مواجه خواهیم بود. افزایش اختلاف ضریب شکست موثر لایه و محیط، سبب افزایش فاکتور کیفیت می‎شود. با تغییر در تقارن شبکه از شش‎گوشی به مربعی هم می‎توان فاکتور کیفیت را افزایش داد. اگر به جای برداشتن حفره هوا آن را با ماده‎ای با ضریب شکستی بالاتر از ضریب شکست لایه پر کنیم. و یا اینکه حفره‎های اطراف نانوکاواک را تغییر دهیم هم می‎توان فاکتور کیفیت را ارتقا داد. و در آخر می‎توان فاکتور کیفیت را با افزایش حجم کاواک را که با برداشتن حفره ‎های بیشتر هوا امکان پذیر است، افزایش داد، که در این صورت تعداد مدهای بیشتری به طور محبوس در نانوکاواک وجود خواهند داشت. در مجموع اگرچه افزایش حجم کاواک سبب افزایش فاکتور کیفیت می‎شود اما این کار کوچک سازی سیستم را محدود می‎کند. البته باید توجه داشت که مقدار فاکتور کیفیت در نهایت توسط پارامترهای دیگر نیز محدود خواهد شد. با بررسی که روی طول‏موج ها هم انجام دادیم متوجه شدیم که طول‏موج کاواک‎ با افزایش شعاع حفره‎های هوا کاهش و با افزایش ضریب شکست محیط و افزایش ضریب شکست لایه افزایش می‎یابد. و از آنجایی که نتاج تجربی و طیف‎های مایکروفوتولومینسانس مربوط به د.و کاواک h5 و h7 در دسترس بود، نتیجه گرفتیم که جهت تقویت نور در درون نانوکاواک و استفاده کاربردی از بلورهای فوتونیکی لازم است تا در مرحله‎ی اول، شبکه مورد نظر را با دقت هر چه بیشتر طراحی نموده و در مراحل اچینگ کیفیت نمونه‎ها تضمین شده باشند تا فاکتور کیفیت بالایی بدست آوریم. نمونه تجربی h5 را با نمونه تئوری آن مقایسه کرده و دریافتیم که با کمی تغییر در مشخصات محاسباتی به نتایج تقریبا مشابهی در طول‎موج مدهای محبوس می رسیم، ولی شدت و فاکتور کیفیت نمونه تجربی بسیار کمتر از نمونه تئوری بود که این مربوط به اشکالات در فرآوری و در نتیجه اتلاف تابش در نمونه های واقعی است. در آخر به بررسی طرح‎ها یا بعبارتی الگوهای مد در نانوکاوا‎های h1 و h3 پرداخته شده است. ابتدا با طول موجی فرضی معادل طول‎موج وسط گاف‎نواری فوتونیکی به نانوکاواک تابانده و دریافتیم که تقریبا با طرح مد جایگزیده‎ای مواجه هستیم. اما اگر با طول‏موجی برابر با طول‎موج‎های محبوس در کاواک به نانوکاواک بتابانیم می‎توانیم به طرح‎های بهتر و جایگریده‎تری در نانو‎کاواک برسیم. چون در کاواک‎های بزرگتر مدهای بیشتری و با فرکانس‎های نزدیک‎تر وجود دارند به همین دلیل طرح‎های مد بیشتری خواهیم داشت که در این حالت مدها در کناره های نانوکاواک جایگزیدگی بیشتری خواهند داشت که همان موج‎های ویسپرینگ گالری هستند که در آن تابش، توسط بازتاب کلی فوتون‎ها به طور پیوسته درون نانوکاواک مقید می‎گردند.

این تحقیق متشکل از دو بخش اصلی است. بخش اول (که شامل تجزیه و تحلیل یک کار آزمایشگاهی است و در مرکز ملی تکنولوژی های نیمرسانای دانشگاه شفیلد انگلستان انجام گردیده و سپس تعدادی از طیف ها در اینجا آنالیز گردیده است) به بررسی تغییرات طول موج، قطبیدگی و شدت تابش نقاط کوانتومی خودآرای inas/gaas، که با روش روآراستی باریکه مولکولی (mbe) در ساختار نانوکاواک استوانه ای، با سطح مقطع دایروی با قطرهای مختلف و سطح مقطع بیضوی با اقطار بزرگ و کوچک (µm5/1µm×2) رشد داده‏شده و فرآوری شده اند، به وسیله اسپکتروسکپی مایکروفوتولومینسانس در دماهای متفاوت و تغییر از دمای هلیوم مایع مورد بررسی قرار گرفته است. آزمایشات نشان می دهند که میزان قطبیدگی و جداشدگی طیفی برای نقاط کوانتومی گوناگون، متفاوت است. این تفاوت را می توان به انحراف از شکل متقارن و کشیدگی نقاط کوانتومی در حین رشد و مرحله رونشانی بعدی نسبت داد. آنالیز طیف های فوتولومینسانس گویای این مطلب است که با افزایش دما، طول موج گسیلی نقاط کوانتومی به سمت قرمز جابجا می‏شود و نیز با نزدیک شدن طول موج گسیلی نقاط کوانتومی به طول موج مدهای کاواک، که قرمزگرایی کمتری دارند، کوپل شدگی و تقویت حاصل می گردد. در بخش دوم این تحقیق، با استفاده از نظریه تابعی چگالی (dft) ابتدا خواص ساختاری gaas و inas در حالت حجمی در دو فاز زینک بلند و ورت زایت مورد بررسی قرار گرفت. سپس، به بررسی اثرات اندازه کوانتومی بر حالت های الکترونی نقاط کوانتومی پوسته- هسته ایinas/gaas پرداخته شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که برای حالت حجمی، فاز زینک بلند، و برای نانوذرات، فاز ورت زایت فاز پایدار سیستم است. همچنین از دیدگاه مهندسی تنظیم نواری، نقاط کوانتومی مورد مطالعه تشکیل ساختار چندگانه نوع دوم می دهند، درحالیکه پیوندگاه سطحی در gaas-inas ساختار چندگانه ای از نوع اول بوجود می آورد.

موضوعی که کمتر مورد توجه قرار گرفته است، این است که، نانوکاواک l3 ، قادر به محبوس‏سازی تعدادی از مدها است. خواصی از این قبیل، کمتر بررسی شده‏اند. مدهای مرتبه بالاتر در این نانوکاواک، برای پمپاژ کارآمد لیزرهای نانوکاواک و همچنین، برای تحریک انتخابی نقاط کوانتومی تعبیه شده درون نانوکاواک، با اهمیت هستند. در نتیجه، در این تحقیق، با تغییر هندسه نانوکاواک، (جابجایی‏های مختلف حفره‏های هوای اطراف آن و یا تغییر شعاع حفره‏های هوا)، مدهای محبوس شده مرتبه بالاتر درون انواع مختلف نانوکاواک بلور فوتونی l3 تغییر شکل یافته، بررسی شده است. در طی مراحل مختلف شبیه‏سازی، تغییرات طول‏موج و فاکتور کیفیت مدهای محبوس‏شده، مورد بررسی قرار گرفته‏ و همچنین، در مراحلی نیز، به الگوهای هندسی دو و سه‏بعدی طرح مدها، پرداخته شده است. مشاهده می‏شود که فاکتور کیفیت مدهای محبوس‏شده، نسبت به تغییرات مکان حفره‏های هوا، بسیار حساس بوده و در هر ساختاری و با اعمال هر یک از جابجایی‏های مختلف، رفتار متفاوتی را بروز می‏دهد. در برخی موارد، افزایش چشمگیری، (بیش از 32 برابر)، در فاکتور کیفیت مد محبوس شده، امکان‏پذیر شده است. در نوعی نانوکاواک l3 تغییر شکل یافته، پدیده ‏مهم شکافت کنترلی مد، مشاهده شده است. اختلاف طول‏موج بین دو مد شکافته شده در ابتدای مشاهده این پدیده، 3/0 نانومتر و در مرحله آخر به 4/9 نانومتر، رسیده است. علاوه بر این، ضمن کنترل تبهگنی موجود در ساختار مدی، داشتن مدی با طول‏موج خاص و فاکتور کیفیت بالاتر، امکان‏پذیر شده است. در این پایان‏نامه، محاسبات، آنالیز داده‏ها و ترسیم الگوهای مدی، با استفاده از نرم‏افزارهای bandsolve و origin ، انجام شده است.

لیزرهای مایکروکاواک، شامل نانوذراتی نظیر نقاط کوانتومی، شاهکار تزویج قوی و محبوس سازی فوتون ها در یک کاواک نوری با ابعاد تقریبی طول موج نوری هستند. مایکرو و نانوکاواک های لیزری به علت کنترل بسیار خوب مدهای لیزری، برای بازده زیاد، جریان آستانه کم، سرعت زیاد و نویز کم، از سایر لیزرها متمایز شده اند. در این پایان نامه طراحی، شبیه سازی و تحلیل نانولیزربلورفوتونی فوق سریع، به عنوانیکی از مهمترین ادوات پرکاربرد در مدارهای مجتمع نوری، مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. از مهمترین عوامل موثر در بهبود بازده و کارآیی نانولیزر بلور فوتونی فوق سریع، جریان آستانه کم و زمان روشن شدن، جهت سرعت های زیاد است. در میان عوامل موثر در بهبود کیفیت، ضریب کیفیت زیاد است. با توجه به تأثیر زیاد هندسه ساختاربر روی ضریب کیفیت، بر روی انواع بلورهای فوتونی تک نقص و شکل های تغییریافته آن، تأکید شده است.آرایه های تناوبی مثلثی و مربعی مورد پژوهش در این پایان نامه، جهت کاربردهای لیزری فوق سریع، برای تشکیل نانوکاواکs1 و h1 انتخاب شدند، که شکل های چینش و ساختاری گوناگون آن ها در تشکیل مدهای فوتونی مورد بررسی قرار گرفته است. به دلیل اینکه ضریب کیفیت مد فوتونیتک نقص ساختارمربعی(s1)،نسبت به ساختار مثلثی (h1) زیادتر است، جهتکاربرد لیزری،از این ساختار استفاده شده است. محاسبات نشان دادند کهزمان روشن شدناین نانولیزر در حدود950فمتوثانیه بوده است. جهت کاهش این زمان، آرایه ای از نانوکاواک بلورفوتونی تک نقص s1، در کنار یکدیگر قرار داده شد و این زمان تا 280فمتوثانیه کاهش یافت. در این پژوهش، هدف نهایی قرار دادن نقاط کوانتومی به عنوان تابشگر در ساختار جهت کاربرد لیزری بوده است. از این رو، برای شبیه سازی از نرم افزارcomsol multiphysics که سازگاری خوبی با نرم افزارmatlab دارد، جهت نوشتن کدها و محاسبات استفاده شده است. برای شبیه سازی ها، از روش عددی تفاضل محدود در حوزه زمان (fdtd)، المان محدود،مسائل ویژه مقداری در حوزه فرکانس، با کدنویسی در نرم افزارهایmatlab و comsol بهره برده شده است.

لیزرهای نقطه کوانتومی (qd)، رده ی جدیدی از لیزرها با کارآیی بهتر و جایگزین مناسبی برای لیزرهای مرسوم و موسوم به لیزرهای چاه کوانتومی هستند. از آن جایی که لیزرهای مورد ساخت باید دارای ویژگی های خاصی باشند، مهم ترین مرحله در طراحی و ساخت لیزر، مدل سازی و شبیه سازی ساختار مناسب و درک ویژگی های لیزینگ آن ها است. در مدل سازی باید از روش مناسبی استفاده کنیم که بتواند پدیده های فیزیکی مختلف دخیل در دستگاه واقعی را درج کند و نتیجه ی مناسبی را برای کاربرد مطلوب ارائه دهد. در این پایان نامه، شبیه سازی لیزر qd با فرض ترازهای انرژی مختلف انجام شده است و معادلات آهنگ هر حالت، به طور کامل و مشروح ارائه گردیده است. ترازهای انرژی مورد بحث، شامل سیستم های دو ترازی، سه ترازی، چهار ترازی و در نهایت سیستم پنج تراز انرژی است که یکی از کامل ترین سیستم های تراز انرژی است. همچنین، نقش کاواک اپتیکی و آینه های توزیع شده براگ در ساختار مسطح و مایکروپیلار، در شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است. با حل معادلات آهنگ در هر حالت، با استفاده از روش حل عددی رونگ - کوتای مرتبه ی چهارم، نتایجی از قبیل: چگونگی تغییر چگالی حامل ها و فوتون ها با زمان، پاسخ زمانی لیزر به تزریق پله ای جریان، رفتار روشن شدن لیزر و منحنی مشخصه ی p-i به دست آمده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که پارامترهای مهم دخیل در نورافشانی لیزر نقطه کوانتومی با جریان آستانه پائین، می توانند با کمک این شبیه ساز شناسایی شوند و این نتایج قبل از ساخت لیزرهای عملی، مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند، تا در وقت و هزینه صرفه جویی شده و لیزر مورد نظر به صورت بهینه ساخته شود.