دانشگاه رازی

      این پایان‌نامه یک مطالعه‌ی جامع مدل‌سازی فیزیک‌محور و بهینه‌سازی دیودهای لیزری موجبر پشته‌ای (ridge-waveguide) با چاه‌های کوانتومی چندگانه (MQW) از جنس InP/InGaAsP در طول‌موج ???? نانومتر را ارائه می‌دهد که با هدف ارتقای عملکرد این ادوات انجام شده است. هدف اصلی، توسعه‌ی یک مدل دقیق چندفیزیکی با استفاده از نرم‌افزار TCAD سیلواکو ATLAS و تلفیق آن با الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) به‌منظور بهینه‌سازی سیستماتیک ساختار بوده است. ابتدا یک ساختار پایه‌ی دیود لیزری شامل سه چاه کوانتومی InGaAsP با کرنش فشاری که در یک ساختار هتروجانکشن با محصورسازی جداگانه (SCH) قرار گرفته‌اند، طراحی و به‌طور کامل مشخصه‌یابی شد. مدل TCAD، سازوکارهای فیزیکی پیشرفته‌ای از جمله ساختار نواری وابسته به کرنش، بازترکیب اوژه، جذب حامل‌های آزاد و جذب بین‌نواری ظرفیت، گسیل ترمیونی همراه با تونل‌زنی و اثرات خودگرمایی را در بر می‌گرفت. پس از کالیبراسیون مدل با داده‌های تجربی منتشرشده، مشخصه‌یابی دقیق جریان–ولتاژ–نور (L-I-V) و تحلیل حساسیت پارامتری انجام شد تا تاثیرگذارترین پارامترهای طراحی شناسایی گردند. سپس الگوریتم PSO با شبیه‌ساز TCAD تلفیق شده است تا بهینه‌سازی چندهدفه با هدف کمینه‌سازی جریان آستانه و هم‌زمان بیشینه‌سازی بازده شیب و بازده دیواره‌ای (wall-plug efficiency)، تحت قیود حرارتی و طول‌موجی، صورت گیرد. پس از ?? تکرار با ازدحامی متشکل از ?? ذره، ساختار بهینه‌شده بهبودهای قابل‌توجهی نسبت به طراحی پایه نشان داد. جریان آستانه به میزان ????? کاهش یافت (از ???? میلی‌آمپر به ???? میلی‌آمپر)، بازده شیب ????? افزایش پیدا کرد (از ???? وات بر آمپر به ???? وات بر آمپر) و بازده دیواره‌ای بیشینه نیز ????? بهبود یافت. افزون بر این، افزاره‌ی بهینه‌شده توان خروجی بالاتر و پایداری حرارتی بهتری از خود نشان داد. نتایج به‌دست‌آمده تایید می‌کند که تلفیق شبیه‌سازی دقیق مبتنی بر TCAD با الگوریتم‌های بهینه‌سازی هوشمند، روشی کارآمد برای تسریع طراحی دیودهای لیزری طول‌موج بلند با عملکرد بالا فراهم می‌آورد. این رویکرد نه‌تنها زمان و هزینه‌ی توسعه را کاهش می‌دهد، بلکه بینش فیزیکی ارزشمندی درباره‌ی رابطه‌ی میان پارامترهای ساختاری و عملکرد افزاره ارائه می‌کند و به پیشرفت منابع لیزری مورد استفاده در سامانه‌های مخابرات نوری کمک می‌نماید. این پایان‌نامه یک مطالعه‌ی جامع مدل‌سازی فیزیک‌محور و بهینه‌سازی دیودهای لیزری موجبر پشته‌ای (ridge-waveguide) با چاه‌های کوانتومی چندگانه (MQW) از جنس InP/InGaAsP در طول‌موج ???? نانومتر را ارائه می‌دهد که با هدف ارتقای عملکرد این ادوات انجام شده است. هدف اصلی، توسعه‌ی یک مدل دقیق چندفیزیکی با استفاده از نرم‌افزار TCAD سیلواکو ATLAS و تلفیق آن با الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات (PSO) به‌منظور بهینه‌سازی سیستماتیک ساختار بوده است. ابتدا یک ساختار پایه‌ی دیود لیزری شامل سه چاه کوانتومی InGaAsP با کرنش فشاری که در یک ساختار هتروجانکشن با محصورسازی جداگانه (SCH) قرار گرفته‌اند، طراحی و به‌طور کامل مشخصه‌یابی شد. مدل TCAD، سازوکارهای فیزیکی پیشرفته‌ای از جمله ساختار نواری وابسته به کرنش، بازترکیب اوژه، جذب حامل‌های آزاد و جذب بین‌نواری ظرفیت، گسیل ترمیونی همراه با تونل‌زنی و اثرات خودگرمایی را در بر می‌گرفت. پس از کالیبراسیون مدل با داده‌های تجربی منتشرشده، مشخصه‌یابی دقیق جریان–ولتاژ–نور (L-I-V) و تحلیل حساسیت پارامتری انجام شد تا تاثیرگذارترین پارامترهای طراحی شناسایی گردند. سپس الگوریتم PSO با شبیه‌ساز TCAD تلفیق شده است تا بهینه‌سازی چندهدفه با هدف کمینه‌سازی جریان آستانه و هم‌زمان بیشینه‌سازی بازده شیب و بازده دیواره‌ای (wall-plug efficiency)، تحت قیود حرارتی و طول‌موجی، صورت گیرد. پس از ?? تکرار با ازدحامی متشکل از ?? ذره، ساختار بهینه‌شده بهبودهای قابل‌توجهی نسبت به طراحی پایه نشان داد. جریان آستانه به میزان ????? کاهش یافت (از ???? میلی‌آمپر به ???? میلی‌آمپر)، بازده شیب ????? افزایش پیدا کرد (از ???? وات بر آمپر به ???? وات بر آمپر) و بازده دیواره‌ای بیشینه نیز ????? بهبود یافت. افزون بر این، افزاره‌ی بهینه‌شده توان خروجی بالاتر و پایداری حرارتی بهتری از خود نشان داد.