عنوان

طراحی و امکان‌سنجی ساخت یک لیزر ریزسیالاتی قابل کوک در باند فروسرخ نزدیک

پ۲۵۷۴۲

per

طراحی و امکان‌سنجی ساخت یک لیزر ریزسیالاتی قابل کوک در باند فروسرخ نزدیک

حسین ربیعه

مهندسی برق و کامپیوتر

۱۳۹۹

۸۳ص.

سی دی

کارشناسی ارشد

برق الکترونیک

۱۳۹۹/۰۶/۳۰

تحلیل شیمیایی و زیستی سریع و ارزان¬قیمت نمونه¬های آزمایشگاهی و همچنین قابلیت حمل و کوچک بودن دستگاه از جمله نیازهایی است که باعث توسعه¬ی میکروسیستم آنالیز کل (µTAS) یا آزمایشگاه روی تراشه (LOC) شده است. بسیاری از فرآیندهای انجام شده درون این تراشه¬ها نیاز به منابع نوری مناسب دارند. یکی از منابع نوری مناسب برای مجتمع شدن درون LOC، لیزر رنگینه¬ای است. با وجود مزایایی مثل ساخت ارزان قیمت، تنوع مواد ساختاری، تابش در طیف مرئی و زیست¬سازگار بودن، هنوز هم وجود ترازهای سه¬تایی مانعی بزرگ برای بهره¬برداری موج پیوسته و یا پالسی با نرخ تکرار بالا از تقویت¬کننده¬ی رنگینه است. همچنین این مسئله باعث شده است دمش این لیزرها گران¬قیمت باشد و از بیرون تراشه انجام شود که مانعی برای ساخت LOC مستقل است. در این پژوهش با استفاده از میکروکانالی درون PDMS به شکل بطری و به عنوان تشدیدگر و چرخاندن محلول رنگینه¬ درون آن، پتانسیل عملکرد موج پیوسته¬ی لیزر رنگینه¬ای با مدهای WG و ضریب کیفیت بالا مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه¬سازی¬ها نشان داد که تشکیل جریانی معکوس در لایه¬ی مرزی کانال یعنی محل ایجاد مدهای WG می¬تواند باعث کاهش قابل توجه جمعیت ترازهای سه¬تایی در ناحیه¬ی فضایی مد لیزینگ شود. ضریب کیفیت تشدیدگر سرد بدون احتساب تلفات برآمده از ساخت و تزویج نوری برابر Q=1.2252〖×10〗^7 به دست آمده است. در صورت دمش پیوسته و در حالتی که سرعت محلول در ورودی کانال حداکثر تا حدود 50 m/s افزایش بیابد، توان آستانه حدود 10 درصد کاهش یافته و بازده¬ی شیب 4/21 درصد افزایش نشان می¬دهد. همچنین شبیه¬سازی نشان می¬دهد حداقل تا 104 ثانیه پس از شروع لیزینگ تابش خروجی با افتی مواجه نمی¬شود. در پایان روش¬های ساخت مناسب برای مدل ارائه شده مورد بررسی قرار گرفته است.

The need to fast and cheap biochemical analysis of laboratory samples through portable and compact devices has led research and technology stream to develop Micro Total Analysis System (µTAS) or Lab-On-a-Chip (LOC) devices. Appropriate light sources are required for performing many of processes in the chip. Optofluidic dye laser is one of the most promised optical sources among other types of lasers for integration into LOC. Dye natural properties of radiation in the visible range of the spectrum and wide-range tunability, bio-compatibility, inexpensive fabrication process and compatibility with many structural materials are some of its advantages. However, it still suffers from long triplet state lifetimes and irreversible photobleaching that quickly diminish the optical gain and halt the lasing action during continuous wave or high repetition rate pulsed operation. This leads to expensive out of chip pumping schemes preventing an independent isolated chip. In this research, the CW operation of a high-Q WGM bottle shape dye laser is investigated. The proposed bottle resonator is a microfluidic channel patterned within a PDMS substrate. Simulation results demonstrated that an inverse boundary layer flow is formed at optical WG modes position when an inlet flow rate applies at big enough Reynolds number. This boundary flow will compensate triplet states if it is fast enough. Without incorporation of surface scattering and coupling losses, the Q factor of resonator is Q=1.2252〖×10〗^7. When input velocity raises up to about 50 m/s, the threshold power decreases by 10% and slope efficiency improves by 21.4%. In addition, simulations showed no drop in output power at least 104 seconds after lasing. Finally, appropriate fabrication methods are discussed

Design and feasibility of a tunable micro-optofluidic laser in near infrared band

‏ربیعه،

‏‏حسین

تهيه کننده

‏ولادی،

‏مروج فرشی،

‏‏هادی

محمدکاظم

استاد راهنما

استاد مشاور

تبریز