در این نوشتار سعی شده است تا به جنبه‌های مختلف لیزرهای کاواک عمودی نشر سطحی (VCSEL) از جمله تاریخچه ، تئوری عملکرد ، ساختار و مواد ، روشهای ساخت ، روابط ریاضی و منحنیهای مربوطه ، چالشهای موجود ، مزایا و معایب ، رویکردهای نوین ودورنمای کاربرد و مقایسه با لیزرهای لبه‌ای پرداخته شود. می توانید این پروژه مهندسی برق را به صورت فایل word و 24 اسلاید پاورپوینت دانلود نمایید.
مقدمه
امروزه لیزر کاواک عمودی با تابش از سطح (VCSEL) در شبکه‌های پرسرعت محلی (LAN) و حتی شبکه‌های گسترده (WAN) به افزاره‌ای کلیدی مبدل شده است. این افزاره همچنین قادر به انتقال داده بصورت فراموازی (Ultraparallel) در ادوات و سیستمهای رایانه‌ای میباشد. طیف اقسام مختلف VCSEL ها ، اکنون از فروسرخ تا فرابنفش را بسته به نوع مواد بکار رفته ، پوشش میدهد. از سال 1992 ویکسلهای مبتنی بر بستر GaAs بطور گسترده‌ای مورد مطالعه قرار گرفته و در بسامدهای مختلف مخابراتی به تولید انبوه رسیده‌اند و طیف بسامدی آنها در حوزه تحقیقاتی به گستره‌های فرو سرخ 1300 الی 1550 نانومتر (AlGaInP) و از سویی دیگر ناحیه آبی تا فرابنفش ، توسعه یافته است. در 1976 پیش بینی میشد که تلفات انتقال در فیبرهای نوری برای طول موجهای بیشتر از 1 میکرومتر کاهش یابد ، اما هیچگونه لیزر نیمه‌هادی عمل کننده در این حوزه بسامدی موجود نبود ، در همان دوره کاربرد لیزر GaInAsP جهت تولید طول موجهایی در بازه فوق الذکر مورد بررسی بود. در موسساتی مانند گروه تحقیقاتی ایگا و سایرین ، انتقال داده تحت حوزه بسامدی 1300 nm گزارش شد. پس از آن تمرکز مطالعات بر روی رشد بلورهای GaInAsP/InP قرار گرفت ، زیرا در آن زمان تقریبا همگی لیزرهای نیمه هادی توسط برش کریستالی (کلیواژ( ایجاد میشدند.
یک روش جهت تشکیل تشدیدگر لیزر ، استفاده از فیدبک توزیع شده (DFB) میباشد که از پدیده تداخل ایجاد شده بکمک Grating و بدون استفاده از برش کریستالی ، بهره میجوید. روش دیگر استفاده از تشدیدگر فابری پرو بکمک زدایش (Etching) بود که در اینصورت لیزر میتواند بدون کلیواژ تولید گردد.
کاهش پهنای کاواک میتواند عامل موثری در کاهش دادن جریان آستانه باشد. آنچه سبب ممانعت استفاده از VCSEL بصورت صنعتی تا سال 1994 گردید ، معضل انتخاب نیمه هادی مناسب بود ، برای مثال GaInAsP بکاررفته در آزمایشات بدلیل انتشار غیر تابشی در هنگام جذب حاملهای آزاد ، دارای تلفات نوری قابل توجهی میباشد. مطالعه بر روی استفاده از GaAs در ویکسلها در 1984 آغاز گردید.
ایده استفاده از نیمه هادیها بعنوان آینه در لیزر VCSEL اولین بار توسط ایگا مورد توجه قرار گرفت ، چنانچه دو نوع نیمه هادی متفاوت با ضخامت 4/1 طول موج روی هم قرار گیرند ، نور بدلیل پدیده تداخل قویا منعکس میگردد ، بهره گیری از چنین آینه ای در لیزر ویکسل سبب میشود که بتوان از رشد کریستالی جهت ایجاد کاواک استفاده نمود ، ضمن اینکه درج ادوات اپتیکی مانند سوئیچ نوری در ساختار VCSEL امکانپذیر میگردد.
فهرست مطالب
چکیده 3
1- مقدمه و تاریخچه 3
2- فیزیک مبانی عملکرد و روابط 4
3- ساختارها ، روشها و رویکردهای نوین 16
4- نتیجه گیری 23
فهرست اشکال
بهبود درصد انعکاس با ازدیاد تعداد لایه‌های DBR
ساختار عمومی VCSEL
ساختار ویکسل چاه کوانتومی با استفاده از آینه Bragg نیمه هادی
ساختار ویکسل با هدایت بهره و بدون استفاده از چاه کوانتومی
ساختار ویکسل با هدایت ضریب شکست
منحنی L-I برای یک ویکسل چاه کوانتومی چندگانه در دمای اتاق و طول موج 1550 nm
تک مد طولی در یک VCSEL با طول موج 1550 nm
نمای مدهای عرضی در VCSEL دارای فیلتر مد عرضی
ساختار لیزر سبز QD-VCSEL با کارکرد پیوسته موج (CW)
مشخصه I-V و مدهای طولی تحت شرایط دمایی و جریانهای بایاس متفاوت
منحنیهای انعکاس و مد طولی
طرح ساختار ویکسل GaN
نمودار دوبعدی انعکاس با کاربرد HCG جایگزین آینه‌های DBR