New laser technologies: analysis of quantum dot and lithographic laser diodes
Yeni lazer teknolojileri: kuantum nokta ve litografik lazer diyotların analizi
- Tez No: 960967
- Danışmanlar: PROF. DR. DENNIS DEPPE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: University of Central Florida
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Optik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Bu tezin ilk bölümü, kuantum nokta (QD) lazerlerin eşik özelliklerine ilişkin kapsamlı bir çalışmayı sunmaktadır. QD lazer diyotlarının eşik akımının sıcaklığa bağlılığı, p-katman katkılama düzeyi, deşik enerji seviyesi aralıkları ve homojen-olmayan genişleme sınırlarında incelenmiştir. Kuramsal analiz, homojen QD'ler sınırında QD lazerin eşik akımının sıcaklıktan bağımsız olmadığını ve aslında kuantum kuyusu lazerlerine kıyasla sıcaklığa daha duyarlı olduğunu göstermektedir. Elde edilen sonuçlar ayrıca, QD lazerlerde deneysel olarak gözlemlenen negatif karakteristik sıcaklık eğilimlerini açıklamakta ve QD'ler içindeki ve arasındaki taşıyıcı dağılım mekanizmalarının QD lazer diyotlarının eşik sıcaklık bağımlılığını nasıl etkilediğini ortaya koymaktadır. Tezin ikinci bölümü ise litografiyle tanımlı lazerlerin deneysel gösterimine odaklanmaktadır. Günümüzde oksit açıklıklı dikey boşluk yüzey yayımlı lazerler (VCSEL'ler), ısı dağılımı, iç gerilme, güvenilirlik, homojenlik ve boyut ölçekleme gibi ciddi sorunlarla karşı karşıyadır. Litografik lazer, bu sorunların tümüne çözüm sunmaktadır. Enine mod ve boşluk, yalnızca litografi ve epitaksiyel kristal büyütme ile tanımlanmakta; bu sayede mod ve akım aynı anda sınırlandırılabilmektedir. Oksit açıklığın ortadan kaldırılmasının, aygıtın termal direncini azalttığı ve daha küçük lazerlerde güç yoğunluğunu artırdığı gösterilmiştir. Daha küçük aygıtlar için kazançla daha iyi mod eşleştirmesi sağlandığında, 3 μm çapındaki bir VCSEL için 260 μA eşik akımıyla 58 kW/cm² çıkış güç yoğunluğuna ulaşmak mümkündür. Bu VCSEL'ler ayrıca ızgarasız tek modlu ve tek kutuplanmalı ışık yayımı sağlamaktadır. İyi ölçeklenme özelliklerine sahip litografik lazer diyotlarının gösterilmesi, yüksek çıkış güç yoğunluğu, yüksek hız, yüksek üretilebilirlik ve yüksek güvenilirlik sunan ultra küçük boyutlu lazer diyotlarının üretimi yolunda önemli bir adımdır. Gerilmesiz, yüksek verimli bir aygıtta litografik olarak boyut kontrolü sağlama kabiliyeti, VCSEL teknolojisinde önemli bir dönüm noktasıdır.
Özet (Çeviri)
The first part of this dissertation presents a comprehensive study of quantum dot (QD) lasers threshold characteristics. The threshold temperature dependence of a QD laser diode is studied in different limits of p-doping, hole level spacing and inhomogeneous broadening. Theoretical analysis shows that the threshold current of a QD laser in the limit of uniform QDs is not temperature independent and actually more temperature sensitive than the quantum well laser. The results also explain the experimental trends of negative characteristic temperature observed in QD lasers and clarify how the carrier distribution mechanisms inside and among the QDs affect the threshold temperature dependence of a QD laser diode. The second part is on the experimental demonstration of lithographic lasers. Today's vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) based on oxide-aperture suffer from serious problems such as heat dissipation, internal strain, reliability, uniformity and size scaling. The lithographic laser provides solutions to all these problems. The transverse mode and cavity are defined using only lithography and epitaxial crystal growth providing simultaneous mode- and current-confinement. Eliminating the oxide aperture is shown to reduce the thermal resistance of the device and leading to increased power density in smaller lasers. When it is combined with better mode matching to gain for smaller devices, high output power density of 58 kW/cm2 is possible for a 3 μm VCSEL with threshold current of 260 μA. These VCSELs also have gratingfree single-mode single-polarization emission. The demonstration of lithographic laser diodes with good scaling properties is therefore an important step toward producing ultra-small size laser diodes with high output power density, high speed, high manufacturability and high reliability. Lithographic VCSELs ability to control size lithographically in a strain-free, high efficiency device is a major milestone in VCSEL technology.
Benzer Tezler
- Perovskit güneş hücrelerinde kuantum nanomalzemeler ile katkılama işleminin fotovoltaik parametrelere etkisi
The effect of doping with quantum dot nanomaterials on photovoltaic parameters in perovskite solar cells
AYŞEGÜL TOPRAK
Doktora
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriSelçuk ÜniversitesiNanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ERSÖZ
DOÇ. DR. PARVANEH MOKARIAN
- A new nano-design of ımage steganography structure based on quantum technology
Kuantum teknolojisine dayalı görüntü steganografisi
HUSEYN SALAHOV
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Kadir Has ÜniversitesiMühendislik ve Doğa Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİMA JAFARİ NAVİMİPOUR
- Piridin-2-karboksilik asit türevlerini içeren yeni metal komplekslerinin sentezi, yapısal spektroskopik ve doğrusal olmayan optik özelliklerinin araştırılması
Synthesis, structural spectroscopic and nonlinear optical properties of new metallic complexes containing pyridine-2-carboxylic acid derivatives
MERVE ŞİMŞEK
Doktora
Türkçe
2025
Fizik ve Fizik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER TAMER
- Sezyum atomik gaz hücresinin yüksek çözünürlüklü spektroskopisi
High resolution spectroscopy of resonance cesium atomic gas cell
BERFİN MUHLİSE CAKLI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DEMET AKTAŞ
DOÇ. DR. RAMİZ HAMİD
- Ultrahigh resolution optical spectroscopy of liquid microdroplets using tapered optical fiber waveguides
Süperhidrofobik yüzey üzerinde duran sıvı mikrodamlaların inceltilmiş optik fiber ile ultrayüksek çözünürlükte optik spekstroskopisi
YASİN KARADAĞ
Doktora
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER KİRAZ