تحليل پاسخ زماني و نايكوئيست ليزر خودسامانده نقطه كوانتومي InGaAs-GaAs با استفاده از مدل تابع انتقال

Time Domain and Nyquist Analysis of InGaAs-GaAs Semiconductor Self-Assembled Quantum Dot Lasers Based on Transfer Matrix Method

با استفاده از معادلات نرخ ليزر خود سامانده نقطه كوانتومي اينديم گاليم آرسنايد - گاليم آرسنايد، تابع انتقال اين نوع ليزر استخراج و ارائه مي شود بطوريكه با بهره گيري از آن مي توان انواع تحليلهاي حوزه زمان و پايداري در حوزه فركانس را انجام داد. در حوزه زمان، تابع انتقال ارائه شده رفتار حالت گذرا و دائمي ليزر را به صورت يكجا محاسبه مي كند. همچنين اين تابع انتقال مي تواند در شبيه سازهاي مداري نظير اسپايس جهت شبيه سازي مدارات الكترواپتيكي با مقياس بزرگ استفاده شود. پس از استخراج تابع انتقال مذكور، پاسخ حوزه زمان ليزر خود سامانده نقطه كوانتومي و دياگرام هاي پايداري نايكوئيست آن محاسبه شدند. در اين دياگرام ها اثر تغيير رفتار ديناميك حامل ها بر روي پاسخ خروجي ليزر بررسي شده است. نتايج حاصل از تابع انتقال ارائه شده نشان مي دهد افزايش طول عمر آرامش حامل ها باعث كاهش دامنه نوسانات گذرا و پايداري نايكوئيستي بيشتر و افزايش زمان بازتركيب در نقطه و چاه كوانتومي ليزر باعث افزايش دامنه نوسانات و پايداري نايكوئيستي كمتر در توان خروجي آن مي شود. بر خلاف سيستم هايي نظير خطوط ارتباطي و ترانزيستورها كه پاسخ حوزه زمان و پايداري نايكوئيستي در آنها قبلا بررسي شده است، نتايج به دست آمده نشان مي دهد در ليزر خود سامانده نقطه كوانتومي نسبت پيك توان خروجي در حالت گذرا به توان حالت پايدار بسيار بزرگ است. هر يك از اين پيكها در توان خروجي ليزر مي تواند ورودي مدار بعدي متصل به ليزر را دچار آسيب و يا سردرگمي منطقي كند.

Transfer function of the InGaAs/GaAs SAQD laser is calculated using its rate equations. Using the calculated transfer function, time and frequency analysis can be implemented completely. In the time domain, the calculated transfer function can show the transient and steady state response of the laser. Also this transfer function can be used in circuit simulator such as SPICE in order for analyzing the electro-optical VLSI circuits. After the calculation of the transfer function, time domain together with Nyquist responses has been calculated. The effect of carrier dynamics on the output response of the laser is analyzed in this case. Nyquist diagram is selected in this analysis because one can predict the closed loop system using the open loop system. Unlike the systems such as interconnects and transistors that are analyzed before, the results reveal that in SAQDLs, the ratio of the transient peak overshoot in the output power to stable output power is very large. Accordingly in integrated circuits that use SAQDLs, amplification of each overshoots in output power of the laser can deteriorate the input of the next circuit module on the chip or shock to it. This increases the importance of the stability analysis in SAQDLs for more reliability.