عنوان

مدلسازی و آنالیز نویز در لیزرهای آبشاری چاه کوانتومی قفل شده مد‮‭locked quantum cascade lasers - Noise Modeling and analysis in mode‬

شماره

‭۱۵۸۴۳پ‬

زبان متن نوشتاري يا گفتاري و مانند آن

per

عنوان اصلي

مدلسازی و آنالیز نویز در لیزرهای آبشاری چاه کوانتومی قفل شده مد‮‭locked quantum cascade lasers - Noise Modeling and analysis in mode‬

نام نخستين پديدآور

/معصومه گودرزی

نام ناشر، پخش کننده و غيره

: مهندسی فناوری‌های نوین

تاریخ نشرو بخش و غیره

، ‮‭۱۳۹۵‬

متن يادداشت

چاپی

جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن

کارشناسی ارشد

نظم درجات

مهندسی نانو فناوری گرایش مهندسی نانو الکترونیک

زمان اعطا مدرک

‮‭۱۳۹۵/۰۶/۱۴‬

کسي که مدرک را اعطا کرده

تبریز

متن يادداشت

ایده اصلی لیزرهای آبشاری کوانتومی برای اولین بار در سال ‮‭۱۹۷۱‬ توسط کازارینف ارائه شد، ولی برای اولین بار در سال ‮‭۱۹۹۴‬ ساخته شد .اولین لیزر آبشاری کوانتومی با مد کاری موج پیوسته در سال ‮‭۲۰۰۶‬ با توان خروجی ‮‭۱۰۰‬ میلی وات و در طول موج ‮‭۶/۳‬ میکرومتر ساخته شد .از ویژگی‌صهای بارز این لیزرها تک قطبی بودن آن‌صها است که سبب حذف بسیاری از مشکلات از جمله اثرات بازترکیبی و کار در حالت موج پیوسته در درمای اتاق با توان قابل قبول است .به خاطر توان خروجی بالا و عملکرد امکان پذیر در دمای محیط، لیزرهای آبشاری چاه کوانتومی منابع نوری مناسبی برای طیف سنجی جذب اثر گاز و ارتباط داده فضای آزاد هستند برای هردو کاربرد بررسی ویژگی های نویز شدت نسبی مهم است زیرا ممکن است نویز لیزر حساسیت طیف سنجی جذب و همچنین پهنای باند و بازه انتقالات لینک داده فضای آزاد را محدود کند .طیف سنجی و کاربرد های حسگری گاز می‌صتوانند به شدت وابسته به منابع نویز باشند زیرا نویز غالب این سیستم‌صها نویز شدت نسبی لیزر و تشخیص دهندگی گیرنده است .در این پایان نامه به بررسی نویز در لیزرهای مادون قرمز میانی با تزریق نوری قفل شده به عنوان وسیله ای برای کاهش نویز شدت نسبی در عملکرد های حساس استفاده کردیم .سرراست ترین راه برای بهبود بخشیدن به ویژگی این لیزرها این است که آن ها در جریان پمپ زیاد با منابع نویز کم کار کنند .بنابراین آنالیز نویز یک لیزر آبشاری چاه کوانتومی با تزریق قفل شده از دیدگاه کاهش نویز شدت نسبی جالب به نظر می-آید .بهینه سازی فرآیند قفل شدگی می‌صتواند منجر به بهبود بیشتر عملکرد نویز شدت نسبی شود که تزریق نوری قفل شده به عنوان روشی مقرون به صرفه و کارآمد با عملکرد بالا است .با بررسی‌صهای انجام شده روی نویز شدت نسبی در لیزر تزریق قفل شده به این نتیجه رسیده ایم که برای مشخص کردن مقدار کاهش نویز، نویز لیزر پیرو برای جریان‌صها و توان‌صهای تزریقی مختلف را محسابه کنیم .لیزر پایه مشابه لیزر پیرو در نظر گرفته شده است و سپس توان نوری آن روی مقادیر مورد نیاز برای تزریق به لیزر پیرو تنظیم شده است .به علاوه، نتایج مربوط به سطوح نویز شدت نسبی لیزر پیرو در حالت‌صهای نوسان آزاد و قفل شده با مقادیر مختلف توان تزریقی لیزر پایه با دو روش محاسبه شده است .نتایج نشان دهنده موافقت خوبی بین روش ارائه شده توسط این پایان نامه) روش تحلیلی (و مدل عددی ‮‭(Re)‬ است .مقادیر نویز شدت نسبی در حالت نوسان آزاد و حالت قفل شده به دست آمده است که نتایج نشان دهنده کاهش چشمگیر نویز شدت نسبی در حالت های قفل شده با توان لیزر پایه ‮‭(Pma)‬ بالاتر است .بنابراین تزریق قفل شده در منابع لیزرهای آبشاری کوانتومی می تواند به عنوان فرآیندی برای کاهش نویز عمل کند .بنابراین وقتی قفل تزریقی اتفاق می‌صافتد، نویز گسیل خود به خودی به طور چشمگیری کاهش میابد و چون این عامل منبع نویز غالب بوده است، روی دامنه نویز نسبی تاثیر عمده‌صای می‌صگذارد .در رژیم توان بالا) دور از آستانه لیزر (نویز غالب عمدتا ناشی از اثر نویز حامل ها است .بررسی اثردمایی روی ویژگی های لیزرهای آبشاری کوانتومی از جنس ‮‭GaAs/AlGaAs‬ که در بازه مادون قرمز عمل می‌صکنند بسیار مهم است .ما در این پایان نامه اثر دماهای متفاوت را بر روی نویز شدت نسبی نیز بررسی کرده ایم .در این بررسی نویز شدت نسبی لیزر پیرو قفل شده نسبت به تغییرات جریان تزریقی لیزر پیرو برای مقادیر مختلف دما شبیه سازی شده است و نتایج با در نظر گرفتن توان تزریقی از لیزر پایه با مقدار ‮‭۱‬ میلی وات برای دماهای‮‭۷۷‬ ،‮‭۱۵۰‬ ، ‮‭۲۳۰‬ و ‮‭۳۰۰‬ درجه کلوین گزارش شده است .نتایج نشان می‌صدهد که به طور مثال نویز شدت نسبی برای دمای ‮‭۷۷‬ درجه کلوین در جریان تزریقی لیزر پایه در مقدار ‮‭۶۰۰‬ میلی آمپر حدود‮‭dB/Hz۳/۱۷۲‬ - است که در همین جریان مقدار نویز در دمای ‮‭۳۰۰‬ درجه کلوین مقدار‮‭dB/Hz۹/۱۶۲‬ - دارد .که واضح است با افزایش دما در یک جریان مشخص مقدار نویز شدت نسبی افزایش یافته است .اما در جریان های بسیار بالا، افزایش جریان باعث افزایش جمعیت تعداد فوتون گسیل شده و کاهش نویز شدت نسبی و میل کردن دامنه نویز شدت نسبی به مقادیر ثابتی می شود

متن يادداشت

The basic idea of quantum cascade lasers was presented for the first time in 1971 by Kazarinov et al. but it was not built until 1994. The first quantum cascade laser with continuous wave operation and output power of 100 mW at a wavelength of 6.3 micrometers was made in 2006. Quantum cascade laser (QCL) is a unipolar device. This feature eliminates many problems of common interband lasers including the effects of recombination, and makes them to work in continuous-wave at room temperature with acceptable output power. High output power and their possible ambient temperature operation, QC lasers are suitable light sources for trace-gas absorption spectroscopy and for optical free-space data communication. For both applications, the investigation of the intensity noise properties of QC lasers is important because laser noise may limit the sensitivity of absorption spectroscopy as well as the bandwidth and the transmission range of optical free-space data links. Since the dominant noise sources of the sensing system are the RIN of the laser and the detectivity of the receiver, In this thesis, we have investigated the relative intensity noise properties of mid-IR optically injected locked (OIL) quantum cascade lasers (QCLs) as a mean to reduce the relative intensity noise of quantum cascade lasers for high performance sensing applications. The most straightforward way to improve the noise properties of a laser is to operate it at high pump currents with a low noise current source. Therefore a noise analysis of injection locked QCL sources seems to be interesting from the RIN reduction point of view. The optimization of the locking process leads to further improvement of the RIN performance, establishing the OIL as feasible and cost-effective method for low noise QCLs towards the implementation of high performance applications. With studies on the relative intensity noise of injected locked (OIL) quantum cascade lasers, we conclude that, in order to identify the amount of RIN reduction, the RIN of the slave laser has been calculated for different current values and injection power. The master laser is assumed similar to the slave one and its optical power has been adjusted properly to the required values for locking the slave laser. Moreover, the RIN values of the slave laser in free-running and injection locked situations with different value of the injected power of the master laser (Pma) are calculated with two methods. Results show that the both approaches (analytical method) and numerical one (Re method) are in good agreement and confirm each other. The RIN calculation of the slave laser in free-running and injection locked situations indicates the significant reduction of RIN for high power injection (Pma). Therefore, injection locking technic can reduce the noise level of QCLs. Thus when injection locking is applied, the spontaneous emission noise is suppressed signicantly and since it is the dominant noise source, this is reected on the RIN value. In the high power regime (far from the laser threshold) the dominant contribution to the laser intensity noise comes from the carrier noise. Investigation of effect of temperature on the characteristics of GaAs/AlGaAs quantum cascade lasers operating in the mid-infrared range is very important. We have investigated the effect of different temperature on RIN value. In addition, the RIN calculation of the slave QCL versus the current of the slave laser have been conducted and the results at 4 different temperature, 77K, 150K, 230 K, 300 K, have been reported. Results indicate the RIN value of -172 dB/Hz at 77 K and the injection current of 600 mA, that in the same injection current, the value of RIN at 300 K is -162.9 dB/Hz. It is obvious that increase in temperature in specic values of current causes the increase in RIN value. Additionally, increase in current value, increasing of injection current cause increase in photon numbers and decrease in RIN value to a constant value

مستند نام اشخاص تاييد نشده

گودرزی، معصومه

مستند نام اشخاص تاييد نشده

باغبان، حامد، استاد راهنما

مستند نام اشخاص تاييد نشده

یدی پور، رضا، استاد مشاور

يادداشت عمومي

سیاه و سفید

وضعیت فهرست نویسی

نمایه‌سازی قبلی