تحلیل لیزر کوانتومی آبشاری

مهندسی کوانتوم، امکان کنترل خواص مواد را با تعیین اندازه و توزیع فضائی اجزای سازنده در سطح نانو، مستقل از طبیعت شیمیایی آنها مرور میکند. از نمونه های موفقیت بار در این زمینه لیزرهای کوانتومی آبشاری با قابلیت گسیل پرتو در محدوده ی طول موجی مادون قرمز میانی، ʎ=2/6-30µn، تا ناحیه ی تراهرتز، ʎ=30-300µm، از طیف الکترومغناطیستی نور می باشند. طراحی و ساخت این لیزرها یکی از بزرگترین موفقیتها در مهندسی توابع موج در ساختارهای چاه کوانتومی بوده است. عمده ترین مزیت ادوات توانائی مهندسی کردن طول موج گسیلی، تنها توسط یک سیستم ماده، در تمام محدودهی طول موجی طیف الکترومغناطیستی نور است. خاصیت دیگر، تک قطبی بودن آن به عنوان نتیجه ای از گذارهای نوری بین زیرباندها در نوار هدایت است که از کوانتیزه بودن بعد در چاه های کوانتومی ناشی می شود، می باشد. ساختار آبشاری این لیزر منجر به بازده کوانتومی بزرگ و توان نوری خروجی بالا می شود. لذا، محدوده ی طول موجی وسیع ممکن، عملکرد موج پیوسته در توانهای بالا در سطوح بالائی از دماهای کاری و توانهای نوری خروجی زیاد در محدودهی چندین وات، این منابع را در کاربردهای بسیار مورد توجه قرار داده است. در این مقاله، با بررسی خصوصیات لیزر کوانتومی آبشاری، و تحلیل ساختار نواری، مدلسازی این لیزرها بر پایه ی مدل فیزیکی معادلات نرخ حامل (الکترون) و فوتون در ناحیه ی فعال لیزری بحث می شوند. به منظور تحلیل مشخصه های استاتیکی و دینامیکی لیزر، با استخراج مدار معادل از سیستم معادلات نرخ لیزر نمونه ی مادون قرمز بلند عوامل تأثیرگذار بر عملکرد لیزری توسط نرم افزار SPICE/HSPICE شبیه سازی میشوند. از تحلیل منحنی های استاتیکی حاصل از شبیه سازیها که متناظر با عملکرد موج پیوسته ی عملی این لیزرها هستند، جریان آستانه و بازده شیب ادوات و وابستگی آنها بر پارامترهای موثر بر پاسخ ها قابل برآورد می باشند. عملکرد مد پالسی و مد ACی لیزر با اجرای شبیه سازی های سیگنال بزرگ و سیگنال کوچک بر مدل ارائه شده تکرار می شوند که از نتایج حاصل می توان مشخصه های زمانی و پهنای باند ادوات را تخمین زد. از چنین مدلهای مداری که قادر به تکرار مشخصه های تجربی ادوات لیزر کوانتومی آبشاری واقعی هستند، می توان در سیستم ها و مدارهای مجتمع الکترونوری شامل این منابع نوری بهره جست.

Keywords:

پاسخهای استاتیکی و دینامیکی , تحلیل ساختار نواری , لیزر کوانتومی آبشاری , , مدل فیزیکی معادلات ترخ