طراحی و تحلیل لیزرهای چاه کوانتومی و نقطه کوانتومی

در سال‏های اخیر با توجه به پیشرفت‏های انجام گرفته در علم الکترونیک و استفاده از بلورهای نیمرسانا در کاربردهای مختلف از جمله پزشکی، صنعت، نظامی، ارتباطات و غیره، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که محصورشدگی کوانتومی در ساختارهای غیرهمجنس با بعد کوچک، ویژگی‏های اساسی یک بلور نیمرسانا را به شدت بهبود می‏بخشد. از آنجایی که در نقاط‏کوانتومی، حامل‏ها در سه بعد محصور می‏شوند، بهبود ویژگی‏های الکترونی به‏مراتب بیشتر است. بنابراین می‏توان با تغییر دادن ترکیب و اندازه‏ی نقاط کوانتومی، انرژی‏های حالت‏های شبه‏اتمی آنها را تنظیم کرد، ازاین‏رو برای مطالعه بیشتر این نقاط بسیار مورد توجه قرار گرفتند. در این پایان‏نامه بهره و مشخصه‏های لیزرهای نقطه‏کوانتومی مورد بررسی قرار خواهند گرفت. مشخصه‏هایی از جمله شعاع و ارتفاع نقطه‏کوانتومی، طول کاواک، پوشش نقطه‏کوانتومی، ضریب محبوس‏شدگی نوری و ضریب شکست مؤثر بررسی می‏شوند. این مشخصه‏ها برای سه شکل از نقطه‏کوانتومی شامل کره، استوانه و هرم با حجم‏های مختلف استفاده شده و نتایج بدست آمده در این پایان‏نامه ذکر می‏شوند. شبیه‏سازی انجام شده با استفاده از روش حل عددی رانگ-کوتا مرتبه چهارم و همچنین معادلات آهنگ حاکم بر عملکرد لیزر نقطه‏کوانتومی ingaas/gaas خود سازمان یافته انجام می‏پذیرد. در حالت ایده‏آل مشاهده می‏شود، سه شکل انتخاب شده، با در نظر گرفتن شعاع و ارتفاع نقطه‏کوانتومی برابر با 9 نانومتر نقطه‏کوانتومی کروی شکل توان خروجی بیشتری را تولید می‏کند. در حالت واقعی، هر دو پهن‏شدگی همگن و ناهمگن در فرمول بهره نوری لحاظ شده و بهره به‏صورت خطی در نظر گرفته می‏شود. در این حالت افزایش پوشش نقطه‏کوانتومی ، طیف بهره-گسیل را به‏سمت تلفات بیشتر هدایت می‏کند.