کاربرد بلورهای فوتونی در لیزر

در این پایان نامه، ساختار لیزر فیدبک توزیع شده (dfb) بر مبنای بلور فوتونی (phc) بررسی شده و راه هایی برای بهبود مشخصات آن بیان شده است. ابتدا یک ساختار لیزر نیمه رسانای تک چاه کوانتومی را در نظر گرفته و کلیه مشخصات آن را شبیه سازی نموده و سپس با افزایش تعداد چاه ها به چهار عدد، رفتار لیزر را شبیه سازی نموده ایم. عملکرد لیزر از لحاظ طیف طول موج، میزان چگالی فوتون پرتو خروجی و میزان مصرف توان، بررسی شده و نشان داده می شود که این عملکردها با بهینه سازی ساختار لیزر، بهبود می یابد. چاه کوانتومی بوسیله محدود سازی حرکات الکترون ها و حفره ها، چگالی حالات را کاهش می دهد. استفاده از چند چاه کوانتومی بدلیل وجود چندلایه با ضریب شکست زیاد، باعث افزایش محدودسازی نوری می شود. طول موج خروجی لیزر شبیه سازی شده1550 نانومتراست که لایه های آن، موادی از جنس inp و ingaasp هستند. برای عملکرد مناسب لیزر در این طول موج، تعیین دقیق ضرایب مولی x و y برای نیمه رسانای ingaasp بسیار مهم است و اندک تغییر در مقدار آن ها باعث جابجایی طیف طول موج پرتو خروجی می شود. مقدار ولتاژ آستانه برای این لیزر، 1/2 ولت و برای ساختاری با طول 5 میکرومتر، در ولتاژ 3/2 ولت، چگالی جریان مصرفی در حدود 1/1 میلی آمپر بر میکرومتر و میزان توان خروجی آن نیز در این ولتاژ، 16 میلی وات است. در ادامه با اضافه کردن ساختار بلور فوتونی به لایه بالایی ساختار لیزر بعنوان بازتاب کننده براگ، وضعیت شدت پرتو گسیل شده از دریچه خروجی لیزر و همچنین طیف طول موجی پرتو خروجی، بدون تغییر در مقادیر جریان و ولتاژ مصرفی ساختار لیزر قبلی، بهبود می یابد. برای بررسی میزان بازتاب کنندگی ساختار بلور فوتونی و مقایسه آن با ساختار بدون بلور فوتونی، از روش عددی تفاضل محدود در حوزه زمان (fdtd) استفاده می شود. در این روش، یک پرتو نور به سطح مورد نظر تابانیده شده (مثل انجام این عمل در واقعیت) و میزان بازتابش پرتو از آن سنجیده می شود. نتیجه بدست آمده از مقایسه لایه ساختار لیزر بدون ساختار بلور فوتونی و با آن، افزایش مقدار 0/2 بازتابش بیشتر پرتو نور با طول موج 1550 نانومتر بعد از استفاده از بلور فوتونی را نشان می دهد که این افزایش بازتابش کنندگی پرتو نور توسط لایه، می تواند از میزان تلفات کاسته و شدت پرتو خروجی لیزر را بهبود بخشد.