بررسي تنظيم‌پذيري ليزر حالت جامد InP/InxGa1-xAsP براي كاربردهاي پزشكي: تأثير تغيير گاف نواري و اندازۀ كاواك

Investigation of Tunability of Solid State InP/InxGa1-xAsP Laser for Medical Applications: Effects of Band Gap Variation and Cavity Size

مقدمه: به ­دليل بهبود پيوستۀ فناوري ليزرهاي ديودي، اين­گونه از ليزرها به گونۀ فزاينده­اي براي كاربردهاي پزشكي در كانون توجه قرار گرفته ­اند. ليزرهاي ديودي هم­زمان تنظيم ­پذيري و توان گسيلشي بالا و اندازۀ كوچك با قيمت به­ صرفه را ارائه مي ­دهند. بنابراين، ليزرهاي ديودي به گونۀ فزاينده­اي در كاربردهاي مهمي همچون ليزر شبكيه ­اي پي­ آر ­پي، توموگرافي اپتيكي همدوس، تصوير­برداري اپتيكي افشانده، تصويربرداري زمان عمر فلورسان و تصويربرداري تتراهرتز ترجيح داده شده ­اند. در اين مقاله ليزر ديودي حالت جامد با ناحيۀ اكتيو InP/InxGa1-xAsP مورد بررسي قرار مي­ گيرد. بازۀ بينابي كه اين­گونه از ليزرها در دسترس هستند به­ طور عمده به گاف نواري مادۀ موجود در بخش فعال مربوط است. بنابراين در اين پژوهش با تغيير درصد عناصر موجود در مادۀ فعال، گاف نواري بهينه براي رسيدن به بيشينۀ بهرۀ ليزري به­ دست مي ­آيد. همچنين به­ منظور دست­يابي به بهينه ­ترين مقادير مشخصه­ هاي خروجي، تغييرات مشخصه­ هاي ياد­ شده با ابعاد كاواك ليزري نيز بررسي مي­ شوند. روش بررسي: در اين پژوهش يك مدل بهرۀ اپتيكي وابسته به بسامد براي برآورد بيناب گسيلشي نور به ­كار مي ­رود. اين كار با كد نويسي در محيط برنامۀ Silvaco 2014 انجام مي­ پذيرد. براي اين منظور: 1- ساختار ليزر با كمك دستورات Atlas تعريف مي­ شود، 2- مدل هاي قطعه و باياس اوليه تنظيم مي­ گردد، 3- ماژول LASER در Atlas فعال مي­ شود، 4- مش ­بندي فضا براي حل معادلۀ موج هلمهولتز انجام مي ­پذيرد، 5- مدل ­هاي فيزيكي ليزر و پارامترهاي وابسته مانند مدل بهرۀ اپتيكي وابسته به بسامد تعريف مي­ شوند و 6- پارامترهاي الكتريكي و اپتيكي ليزر محاسبه مي ­شوند. يافته­ ها: نتايج حاصل از شبيه­ سازي­ ها نشان دادند كه مشخصه­ هاي خروجي ليزر ديودي InP/InxGa1-xAsP به شدت به تغييرات نسبت x و ابعاد كاواك ليزري حساس هستند. مشاهده گرديد كه با افزايش مقدار x و در­نتيجه كاهش گاف انرژي، توان ليزري بر حسب جريان باياس افزايش پيدا نمود و بهرۀ اپتيكي به ­ازاي 25/0=x به بهينۀ مقدار خود رسيد. همچنين رابطۀ مستقيمي بين توان خروجي ليزر و ابعاد كاواك ديده شد در ­صورتي­ كه بهرۀ اپتيكي با افزايش طول كاواك كاهش محسوسي يافت. برآيند نتايج مشخص نمود كه براي ليزر ديودي طراحي­ شده بهينۀ مقادير x و L به ­ترتيب برابر 0/25 و 50 ميكرون مي ­باشند. نتيجه­ گيري: در اين مقاله تلاش گرديد تا با بهينه­ سازي دو پارامتر نسبت عناصر In و x) Ga) و نيز ابعاد كاواك ليزري L كه به عنوان مشدد ليزري عمل مي­ كند، مشخصه­ هاي خروجي شامل توان گسيليدۀ ليزري، مشخصۀ جريان - ولتاژ، بهرۀ اپتيكي و چگالي فوتوني محاسبه گردند. محاسبه­ هاي صورت­ گرفته نشان مي­ دهد كه با انجام تنطيمات مؤثر بر­ روي ساختار و پيكربندي ليزر حالت جامد InP/InxGa1-xAsP امكان چيرگي بر معايبي مانند توان خروجي پايين­ تر نسبت به ليزرهاي گازي، پهناي طيفي گسترده و كار در رژيم چند مد فراهم مي­ شود. نتيجه اين­كه به­ دليل مزيت­ هايي از­ جمله امكان پمپاژ به­ وسيلۀ جريان الكتريكي، بازدهي بسيار بالا، ابعاد كوچك، سادگي اتصال به فيبرهاي نوري و هزينۀ بسيار پايين در قياس با ليزرهاي گازي، با انجام مهندسي بر­روي گاف نواري، زير لايه و اندازۀ كاواك از اين گونه ليزرها مي­ توان به­ طور گسترده در پزشكي، دندانپزشكي و ساير شاخه­ ها مانند جراحي پلاستيك استفاده نمود.

.اين مقاله فاقد چكيده لاتين مي باشد