الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۱۶۲
کد مقاله
ELC162
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
لیزرهای تراهرتز و آمپلی فایرهای پهن باند کارآمد بر مبنای محیط گین آبشاری کوانتومی – فصل ۱
نام انگلیسی
Efficient THz Lasers and Broadband Amplifiers Based on Quantum Cascade Gain Media – Chapter 1
THz Laser, Broadband Amplifier, Quantum Cascade, Gain Media
کشور
ایالات متحده
لیزرهای تراهرتز و آمپلی فایرهای پهن باند کارآمد بر مبنای محیط گین آبشاری کوانتومی
فصل ۱
چکیده
یکی از مهمترین کاربردهای لیزرهای آبشار کوانتوم (QC) تراهرتزی (THz) فراهم آوردن منابع قدرتمند حالت جامد با قابلیت تثبیت فرکانس همانند نوسان سازهای محلی در گیرنده های هترودین برای مطالعات نجومی می باشد. اولین بخش این تز در زمینه طراحی کاواک ابزاره / دستگاه، ساخت و توصیف آنتن های میکرو استریپ یا ریزنواری همراه با لیزرهای آبشاری کوانتومی فیدبک توزیعی مرتبه سوم می باشد که قابلیت حصول خط اکسیژن اتمی ۲۰۶۰ تراهرتزی را خواهد داشت.
آمپلی فایرها یا تقویت کننده های آبشار کوانتومی موج سیار برای حاصل آوردن فرآیند تقویت پهن باند تابش تراهرتز در فضای آزاد کاملاً مطلوب می باشند. بخش دوم این تز بر روی توسعه یک آمپلی فایر آبشاری کوانتوم (QC) با قابلیت سیر موج ۳/۴ تراهرتزی از طریق مجتمع سازی یکنواخت آنتن های شاخکی و اتصال لنزهای سیلیکونی به سطوح موجبر فلز ـ به ـ فلز تمرکز دارد.
لیزرهای تراهرتز و آمپلی فایرهای پهن باند گین آبشاری کوانتومی – فصل ۱
فصل ۱
مقدمه
۱ـ۱٫ گاف تراهرتز
دو مکانیزم اصلی جهت ایجاد تابش یکنواخت الکترومغناطیسی در مهندسی مدرن نوسانگرهای الکترونیکی و لیزرهای معمولی می باشند. با این وجود، نوسانگرهای الکترونیکی محدود به زمان گذار حامل / کاریر و زمان مقاومت ـ خازن (RC) می باشند که خود منجر به مقیاس بندی توان ۱/f4 و فرکانس < 300 GHz شده است. لیزرهای متعارف بر حسب گاف نواری مواد خود، نوعاً برابر با > 40 meV و مترادف با ۱۰ THz، محدود بشمار می آیند. در مقایسه با تکنولوژی امواج فروسرخ و میکروویو، که به عنوان سنگ بنای مهندسی امروزی به شمار می آیند، فناوری تراهرتز (THz) همچنان در حال سیر طفولیت خود می باشد و هنوز از توسعه چندانی برخوردار نمی باشد. عدم وجود منبع تابشی با کیفیت و یکنواخت بین ۳۰۰ GHz و ۱۰ THz (طول موج بین ۳۰ ـ ۱۰۰۰ mm، و انرژی فوتون بین ۱ ـ ۴۰ meV)، همانگونه که در شکل ۱ـ۱ نشان داده شده است، منجر به ایجاد چیزی شده است که تحت عنوان “شکاف یا گاف THz” خوانده می شود.
امواج تراهرتز با توجه به بسیاری از ویژگی های منحصر به فرد آن برای بسیاری از کاربردها مناسب است. تعداد زیادی از ویژگی های خاص شیمیایی سبب ارائه طیف متمایزی در محدوده تراهرتز می شوند، به طور مثال سطوح انرژی چرخشی / نوسانی مولکولی، و ساختارهای ابرظریف را می توان در این زمینه نام برد. در نتیجه، کاربردهای جذاب متعددی در ارتباط با طیف بینی در نواحی مختلف وجود دارند که خود محدوده گسترده ای از مشاهدات نجومی محیط های میان ستاره ای (ISM) [1ـ۳]، مطالعات جوی [۱]، حسگری گازهای شیمیایی [۴]، الی تشخیص ویژگی های امنیتی نظیر مواد منفجره و مواد غیرقانونی را در بر می گیرند [۵]. ویژگی جذاب دیگر امواج تراهرتز آن است که این امواج قابلیت انتشار در بسیاری از مواد مات در طیف مرئی را خواهند داشت. چنین موردی به ما اجازه می دهد تا قابلیت تصویربرداری غیر تخریبی را داشته باشیم، نظیر آشکارسازی لایه های مخفی رنگ بر روی بوم های نقاشی [۶] و دست نوشته های مدادی بر روی کاغذ که داخل یک پاکت قرار گرفته است [۷]. به علاوه، علاقه فزاینده ای در ارتباط با فرآیندهای تشخیصی بیوپزشکی یا زیست پزشکی نیز وجود دارند [۸] که در این زمینه می بایست قدردان انرژی کم فوتون امواج تراهرتز (بین ۱ ـ ۴۰) بود که به صورت غیریونیزه به شمار آمده و بنابراین برای بافت های بیولوژیکی ایمن تلقی می شود. تصویربرداری اشعه T نیز جهت مشخص سازی سطوح هیدراسیون قرنیه چشم بکار گرفته می شود [۹]، به علاوه از این سیستم جهت تشخیص حفره های دندانی [۱۰] و سرطان سینه [۱۱] نیز استفاده می شود، چرا که حساسیت آن در برابر تغییرات در آب سبب ایجاد کنتراست بالایی در تصاویر خواهد شد.
لیزرهای تراهرتز و آمپلی فایرهای پهن باند گین آبشاری کوانتومی – فصل ۱
۱ـ۲٫ لیزر آبشاری کوانتومی تراهرتزی
اختراع لیزر آبشاری کوانتومی (QC) [12] سبب شد تا چشم انداز محتمل نوینی در ارتباط با منبع تراهرتز به وجود آید. ساختارهای متعدد چاه کوانتومی (MQW) با مواد جایگزین گاف باند بالا و پایین (یعنی (GaAs/AlxGa1-xAs) با ضخامت تک لایه متعدد، به وسیله فرآیند اپیتکسی پرتوی مولکولی (MBE) رشد داده شدند. عدم پیوستگی در انرژی کناره باند رسانش در مرزهای غیرمتجانس از نقطه نظر ساختاری سبب تحدید کوانتوم حامل ها در مسیر رشد گردیده و موجب جداسازی نوار رسانش در زیرنوارها یا زیرباندها گردیده است، که از این بین گذارهای تابشی را می توان بر مبنای ویژگی های الکتریکی حاصل آورد. ساختار MQW مشابه برای صدها بار تکرار شده / یا به صورت آبشاری درآمده تا قابلیت ارتقای کارآمد کوانتوم به وجود آید، آن هم به هنگامی که یک الکترون اقدام به سیر در امتداد ساختار QC نموده و به طور بالقوه موجب انتشار یک فوتون در هر وهله همانگونه که در شکل ۱ـ۲ نشان داده شده است می گردد، با این حال کارایی حقیقی به واسطه پراکندگی غیرتابشی بسیار کمتر خواهد بود. در مقایسه با لیزرهای نیمه هادی دو قطبی، فرکانس انتشار لیزرهای QC بیش از این محدود به باند گپ یا گاف نواری ماده نمی باشد، بلکه می توان آن را از طریق طراحی دقیق ضخامت چاه های دوگانه کوانتومی و بلندی موانع به دقت تحت فرآیند مهندسی قرار داد.
۱ـ۳٫ اجزای کلیدی در گیرنده های هترودین تراهرتزی
یک تکنیک مهم، که به طور شایع از دستگاه های طیف بین دارای رزولوشن بالای تراهرتزی و سیستم های کاربردی تصویربرداری مورد استفاده قرار می گیرد فرآیند تشخیص هترودین می باشد. فرآیند کلیدی در این زمینه شامل تبدیل پایین فرکانس در یک سیستم میکسر می باشد که در آن یک سیگنال تراهرتز با یک سیگنال مرجع از یک اسیلاتور یا نوسان گر محلی ترکیب شده و یک سیگنال خروجی در فرکانس میانی (IF) با یک دامنه متناظر با دامنه نوسان گر محلی ایجاد می شود. در مقایسه با فرآیند تشخیص مستقیم، تشخیص هترودین سبب ایجاد حساسیت زیاد و رزولوشن طیفی مناسبی به واسطه قابلیت برآورد سیگنال های دارای فرکانس بالا با استفاده از فناوری های بالغ میکروویو می شود. دو جزء کلیدی در گیرنده های هترودین نوسانگر محلی (LO) و میکسر / ترکیب گر می باشند.
۱ـ۳ـ۱٫ لیزرهای آبشاری کوانتومی به عنوان نوسانگرهای محلی
لیزر آبشاری کوانتومی تراهرتز (QC) به منظور کاربرد به عنوان نوسان گر محلی (LO) می بایست یکسری از ضروریات خاص را داشته باشد که این ضروریات شامل لیزینگ تک مودی، حساسیت فرکانس، کاربرد c. w. با توان خروجی بالا (> mW) و الگوی پرتوی باریک می باشند [۲۳]. لیزرهای آبشاری کوانتومی تراهرتزی با موجبرهای فلز ـ فلز (MM) به نظر دارای عملکرد بهتری بر حسب دمای عملیاتی می باشند [۲۴]. تحدید مود قدرتمند بین دو نوار فلزی سبب می شود تا هر دو بعد عمودی و افقی کوچکتر از طول موج باشند، که به طور قابل توجهی سبب کاهش اتلاف حرارتی و ارتقای کاربرد c.w. (تا K 117) می گردد [۲۵]. با این وجود، به واسطه تحدید زیر طول موج در بخش سطحی، یک موجبر MM ساده غالباً منجر به الگوی واگرای پرتوی میدان دور و بهره وال ـ پلاگ پایینی می شود. به علاوه، لازم بذکر است که این مورد هیچ گونه حالت انتخاب پذیری مود یا فرکانس را ارائه نمی دهد.
۱ـ۳ـ۲٫ طراحی آمپلی فایر تراهرتز
ساختار آبشاری کوانتوم سبب ایجاد محیط گین مناسبی برای تقویت انتشار تراهرتز گردیده است. تقویت تراهرتز را می توان بر حسب یک طرح مستر ـ اسیلاتور / توان ـ آمپلی فایر (MOPA) مدنظر قرار داد، که در آن لیزر دانه ای و آمپلی فایر به صورت یکپارچه و به صورت جفتی با قابلیت میدان نزدیک حاصل می شوند [۳۴]. به علاوه در این زمینه شاهد وجود آمپلی فایر تراهرتزی بر مبنای سوئیچینگ بهره / گین نیز می باشیم [۳۵]. با این وجود، هیچ کدام از این روش ها برای تقویت تابش تراهرتزی فضای آزاد موج پیوسته مناسب نیستند، و یا آنکه قابلیت ایفای نقش به عنوان یک پیش آمپلی فایر قبل از میکسرها در گیرنده های هترودین را ندارند.
دو نوع از آمپلی فایرهای نوری نیمه رسانا وجود دارند: آمپلی فایر Fabry-Perot (FP) و آمپلی فایر موج سیار (TW) همانگونه که در شکل ۱ـ۵ نشان داده شده اند. آمپلی فایر Fabry-Perot (FP) قابلیت حاصل آوردن فیلتر نوری باند باریک و فرآیند تقویت از طریق بازخورد در داخل کاواک را خواهد داشت، در حالی که بهره به صورت قابل توجهی در فرکانس های رزونانس / تشدید از طریق تقویت چند مسیره ارتقاء می یابد. تأثیر تشدیدی مشابهی را می توان در بازخورد توزیعی (DFB) یا کاواک رفلکتور براگ توزیع شده (DBR) حاصل آورد. در یک تقویت کننده TW، که در آن سطوح حاصله تقریباً حداقل می باشند، بهره خود متکی به یک تقویت تک مسیره و معرف یک پهنای وسیعتر می باشد.
لیزرهای تراهرتز و آمپلی فایرهای پهن باند گین آبشاری کوانتومی – فصل ۱
۱ـ۴٫ بررسی تز
این تز در ارتباط با توسعه لیزر آبشاری کوانتومی (QC) 06/2 تراهرتزی به عنوان اسیلاتور محلی برای گیرنده هترودین و آمپلی فایر THz QC پهن باند ارائه شده است. فصل ۲ اقدام به بررسی دو نوع اصلی موجبرها در باند تراهرتز می نماید: موجبر پلاسمون ـ سطح ـ نیمه عایق (SISP) و موجبر فلز ـ فلز (MM). اطلاعات موجبر به عنوان مبنایی برای طراحی کاواک لیزر THz QC و آمپلی فایر THz QC پهن باند تلقی می شود. فصل ۳ اصول کاری آنتن میکرواستریپ با توجه به استفاده از لیزر DFB مرتبه سوم و ویژگی های پیاده سازی در خط اکسیژن اتمی ۰۶/۲ تراهرتزی شامل طراحی کاواک، ساخت و توصیف آن را ارائه می نماید. فصل ۴ دو طراحی را برای موج سیار آمپلی فایر THz QC، یکی بر مبنای موجبر SISP و دیگری را بر حسب موجبر MM بررسی می نماید. در نهایت، فصل ۵ جزئیات ساخت آمپلی فایر THz QC بر مبنای موجبر MM را تشریح خواهد نمود.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
