Novel concepts in high power semiconductor lasers
Yüksek güçlü yarıiletken lazerlerde yeni kavramlar
- Tez No: 534340
- Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZ GÜLSEREN, PROF. DR. ATİLLA AYDINLI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 108
Özet
Bu doktora tezi, 9xx nm'de ışık yayan yüksek güçlü yarıiletken lazerlerinin kovuk optiklerine yönelik yeniliklerle ilgilidir. Yüksek güçlü lazer diyotları karmaşık elektronik ve fotonik sistemlerdir. Kristal büyütme tekniklerindeki gelişmeler ve ortaya çıkan yüksek kalitedeki epitaksiyel kristaller, alanın ilerleyişinde itici güç olmuştur. Bu kristallerle yapılan lazerler yüksek güç ve yüksek verim göstermektedirler. Ticari olarak satılan tek emitörlerin her birinden 10 Watt'ın üzerinde yüksek çıkış gücü ve %60'a varan verimlilikler gösterilmiştir. Laboratuvarlarda daha yüksek güçler de elde edilmiştir. Yüksek güçlü yarıiletken lazerler, diğer lazerlerde optik pompalar, telemetre bulma, optik depolama, sensörlerde ışık kaynakları ve medikal aletler gibi birçok uygulamaya sahiptir. Daha yüksek güç ve verimlilik talebi devam ediyor. Birkaç olasılık arasında, maksimum çıkış gücünün ana limitlerinden biri katastrofik optik ayna hasarıdır (COMD). Yüksek pompa akımlarında ve dolayısıyla çıkış güçlerinde faset soğurması, kovuk aynalarına zarar verebilecek kadar yüksek sıcaklıklara yol açar. Bu tez, COMD eşiğini artırmak için yeni yaklaşımlara odaklanmıştır. Nitekim, bu tezde 9xx nm'de ışık yayan yüksek güçlü gerilmiş InGaAs/AlGaAs lazerlerinin tasarımı, üretimi ve karakterizasyonunu göstermekteyiz. Lazer verimliliğini özellikle yüksek enjeksiyon akımlarında azaltan faset soğurmasını önlemek için, ışıma bölgesinde korunurken, lazer fasetinin çevresindeki yasak bant aralığı safsızlıksız atomları kullanmaksızın boşluk düzensizliği (IFVD) kullanılarak arttırılır. İki bölgeli bir dielektrik yapının ısıl stres yönetimi ile faset bölgesinde, ışıma bölgesine göre varolan en yüksek bant aralığı elde edilir. Bu iki katmanlı yaklaşımla mükemmel optik kayıp ve optik güç çıkışı gösteririz. Ayrıca, fasetlerde soğurma sırasında olumlu geribildirim döngüsü, fasetleri tasarımla soğuk tutarak kırılır. Bu nedenle, bu soğuk pencere yaklaşımında, ısı kaynağını kovuğun ana gövdesinden uzak tutmak için pasif pompalanmamış pencereleri uzatıp, bu bölümün geçirgen hale getirerek meydana gelen ek kayıpları ortadan kaldırıyoruz. Bu yeni ileri besleme altındaki pencere yaklaşımı, yığın sıcaklıklarını da azaltırken çok daha düşük faset sıcaklıklarına yol açar. Böylece, pompa ve ileri besleme akımının bir fonksiyonu olarak faset sıcaklığını ölçmek için termoyansıma (thermoreflectance) spektroskopisini kullanıyoruz. İlk kez, çıkış sıcaklıklarında düşüş olmadan faset sıcaklıklarının kütle sıcaklığının altına düştüğünü açıkça gösterdik.
Özet (Çeviri)
This doctoral thesis deals with innovations to the cavity optics of high power semiconductor lasers emitting light at 9xx nm. High power laser diodes are complex electronic and photonic systems. Developments in epitaxial crystal growth techniques and the quality that ensued has been the driving force in the progress of the fi eld. Semiconductor lasers with high output powers and high efficiencies have thus become possible. Commercial single emitters each with over 10 watts output with efficiencies reaching 60% is available.Even higher output powers have been demonstrated in the lab. High power semiconductor lasers have many applications such as acting as optical pumps in other lasers, range fi nding, optical storage, light sources in sensors and medical tools. The demand for higher powers and efficiencies continues. Among several possibilities, one of the main limits of maximum output power is the catastrophic optical mirror damage (COMD). At high pump currents and hence output powers, facet absorption leads to temperatures high enough to damage the cavity mirrors. This thesis is focused on novel approaches to increase the COMD threshold. We demonstrate design, fabrication and characterization of the high power strained InGaAs/AlGaAs lasers emitting light at 9xx nm. To prevent facet absorption which decreases the laser efficiency especially at high injection currents, band gaps in the vicinity of the laser facet are increased using impurity-free vacancy disordering (IFVD) while preserving the band gap in the lasing region away from the facets. A record large bandgap at the facet region, relative to that of the lasing region is achieved by thermal stress management of a bilayer dielectric structure. We demonstrate excellent optical loss and optical power output with this bilayer approach. Further, positive feedback cycle during absorption at the facets is broken by keeping the facets cold, by design. Thus, in this cold window approach, we extend the passive unpumped windows to keep the heat source from the main body of the cavity away from the facets while eliminating the additional loss incurred by biasing this section to transparency. This new biased window approach leads to much cooler facet temperatures while reducing the bulk temperatures as well. Thus, we use thermoreflectance spectroscopy to measure facet temperature as a function of pump and bias current. We clearly demonstrate that, for the fi rst time, facet temperatures have been decreased below the bulk temperature without penalty on the output power.
Benzer Tezler
- Elektrik enerji sistemlerinde güç kalitesi
Power quality in electrical energy systems
ALİ GEMİCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. NESRİN TARKAN
- Design, synthesis, and characterization of functional organic materials for optoelectronic applications
Optoelektronik uygulamalar için fonksiyonel organik malzemelerin dizaynı, sentezi ve karakterizasyonu
MEHMET ÖZDEMİR
Doktora
İngilizce
2018
KimyaAbdullah Gül ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN USTA
- Organik tabanlı güneş hücrelerinde kullanılabilecek ftalosiyaninlerin hesapsal olarak araştırılması, tasarımı ve sentezi
Design, computational screening and synthesis of novel phthalocyanines as organic based solar cell materials
MERAL ARI
- Contributions to reduce rotor harmonic losses in solid rotor induction machine for high speed drive applications
Yüksek hızlı tahrik sistemleri için kütlesel rotorlu aenkron motorun rotor harmonik kayıplarını azaltmaya yönelik katkılar
MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
Doktora
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DERYA AHMET KOCABAŞ
- A low noise analog radio baseband with novelnoise shaping circuit techniques
Özgün Gürültü Şekillendirme Teknikleri ile Düşük Gürültülü Analog Radyo Baz Bandı
AHMET TEKİN
Doktora
İngilizce
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUniversity of California, Santa CruzElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KENNETH PEDRODTI