آنالیز و شبیه سازی لیزرهای تابنده از سطح با کاواک عمودی مبتنی بر کریستال فوتونی
چکیده
در این پایان نامه به تحلیل مشخصات لیزرهای تابنده از سطح با کاواک عمودی در بستر کریستال نوری می- پردازیم؛ لیزرهای تابنده از سطح با کاواک عمودی پیش از این نیز به علت ابعاد کوچک کاواک، فشردگی بیشتر و همچنین امکان آزمایش همزمان مورد توجه بسیاری قرار گرفته بودند. این لیزرها همواره در مقایسه با لیزرهای تابنده از لبه از مشکل وجود چند مود در خروجی و در نتیجه وجود پروفایل مودی ناهمدوس رنج می برده اند. همین امر باعث می شد استفاده از آنها در ارتباط نوری فضای آزاد ، انتقال داده از طریق فیبر تک مود و حسگرها که تک مودی حائز اهمیت است با چالش مواجه شود. برای غلبه بر این مشکل چندین راه در ابتدا پیشنهاد شد که یکی از آنها ایجاد یک لایه اکسید در بالای ناحیه فعال برای محصور کردن جریان در مرکز ناحیه فعال و در نتیجه حذف مودهای اضافی بود ولی باز هم مشکلی وجود داشت و آن این بود که برای ایجاد تک مودی در خروجی می بایست روزنه اکسید کوچک انتخاب می شد. این شرایط منجر به توان خروجی کم می شد که قطعاً مطلوب نبود. به همین منظور تکنیکی ارائه شد که اساس کار این پایان نامه است وآن اینکه روزنه اکسید را به قدر کافی بزرگ انتخاب می کنیم اما برای حفظ تک مودی از ساختارکریستال نوری استفاده می کنیم. پیش از این نیز در فیبرها برای بوجود آوردن تک مودی از کریستال نوری استفاده شده بود. برای تحلیل ساختاری که در بالا شرح داده شد از تکنیک تفاضل محدود استفاده شده است. معادلات نرخ حامل، دما و موج را به صورت خودسازگار و با استفاده از این تکنیک حل کرده ایم. در این روش عددی، مش بندی به صورت یکنواخت بوده است.از حل معادله موج شرایط را برای احراز تک مودی فراهم کرده ایم، برای نسبت قطر سوراخ به فاصله سوراخها کمتر از33/0 در یک موجبر ساده و برای نسبت قطر سوراخ به فاصله سوراخها کمتر از 38/0 در لیزرکاواک عمودی مبتنی بر کریستال فوتونی به تک مودی رسیده ایم. سپس با علم به این شرایط، معادلات نرخ حامل و حرارت را به صورت کوپل با این معادله حل کرده ایم و پدیده shb را در لیزرهای کاواک عمودی معمولی و لیزرهای کاواک عمودی مبتنی بر کریستال نوری بررسی کرده ایم. همچنین اثر افزایش دما و خود کانونی را بر روی ضریب شکست بررسی کرده ایم. وجود ساختار کریستال نوری باعث کاسته شدن از دمای ناحیه فعال می شود. با مقایسه توان خروجی این دو قطعه مشخص می کنیم که درحضور کریستال نوری توان خروجی به عنوان نمونه در جریان 5/2 میلی آمپر مقدار 2 میلی وات می باشد در حالی که در همین جریان در لیزر معمولی توان 3 میلی وات را دریافت خواهیم کرد.