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研究生:廖啟銘
研究生(外文):Chi-Ming Liao
論文名稱:邊射型雷射自動對位控制研究
論文名稱(外文):Research on Self-Alignment Control of Edge Emitting Laser Diode
指導教授:江國寧
指導教授(外文):Kuo-Ning Chiang
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:79
中文關鍵詞:自動對位
外文關鍵詞:Self -Alignment
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本研究針對一維陣列發光模式之邊射型雷射進行改善。為增加光傳輸量及使其發射光束易於耦合進入光纖中,乃設計一載具達成上述之要求。而本研究之目標,即設計一符合二維陣列發光模式及具垂直向上發射光束之載具。
文中提出三種達成此目的之方法,經評估其製程及光能量損耗上之優劣後,決定以錫鉛合金回銲固化特性達到控制雷射二極體之特殊傾斜角目標,且研究中所使用之模擬軟體為Surface Evolver。
此軟體乃以最小能量法進行模擬分析,在簡述其理論後,為了解其所得結果之精確性及可信度,乃以實驗比對模擬所得之結果,並分析其間之差異,而後再以相關文獻以資佐證。
研究中所提供控制雷射二極體傾斜角為十字外型之墊片,另一會對其傾斜結果造成影響之因素為錫鉛合金之體積。為觀察其回銲外型及趨勢,乃先利用無加置雷射二極體之模組進行模擬,探討其因受墊片外型及錫鉛合金體積所產生之影響。之後再以加置雷射二極體之模型模擬,在所給定的邊界條件下,分析回銲時雷射二極體之自由度,並討論其於各不同之變數中,其分別單獨造成傾斜角之影響,最後求得所需之上揚發射角19.48度。
對於模擬進行時所使用之網格密度是否足夠,也在分析中做一討論。選擇一適當之網格密度,將節省許多求解精確結果過程所花費的時間。
由於雷射光束最後耦合進入光纖,故其對位精準度所造成的光功率損失亦相當重要,最後即以此載具所造成之對位偏差來分析其於非理想狀態時所產生的功率影響。

摘 要 i
Abstract ii
圖 目 錄 vi
表 目 錄 ix
第一章 導論
1.1 研究動機 1
1.2 研究目標 2
1.3 文獻回顧 4
第二章 研究方法
2.1 45度蝕刻反射面之載具 7
2.1.1 45度蝕刻反射面載具之製程設計 7
2.1.2 45度蝕刻反射面載具之結論評估 8
2.2 加置三角菱鏡之載具 9
2.2.1 三角菱鏡之折射原理及設計 10
2.2.2 三角菱鏡載具之結果與分析 12
2.2.3 加置三角菱鏡載具之結論評估 17
2.3 加置錫鉛合金之載具 17
第三章 原理及理論
3.1 邊射型雷射二極體發光原理 20
3.2 矽材料非等向性蝕刻特性 23
3.3 表面張力 26
3.4 金屬熔接之接觸角 27
3.5 陣列模組之光傳遞效率 29
3.5.1 串訊效應對耦合效率的影響 30
3.5.2 對位偏差(Offset)的影響 31
3.5.2.1 縱向偏差 32
3.5.2.2 橫向偏差 32
3.5.2.3 x軸方向的角偏差 33
3.5.2.4 y軸方向的角偏差 33
3.5.2.5 z軸方向的角偏差 34
3.5.2.6 總偏差的效應 34
3.5.3 陣列對位能力(Array-Alignability) 35
第四章 Surface Evolver 之理論與實驗驗證
4.1 Surface Evolver理論 36
4.2實驗程序及結果 37
4.2.1實驗設備 38
4.2.1.1微量天平 38
4.2.1.2高溫烘箱 38
4.2.1.3 攝影式接觸角分析儀 39
4.2.2 實驗步驟 40
4.2.3 實驗結果 40
4.3 實驗結果與Surface Evolver模擬之比較 45
4.4 文獻驗證 46
4.4.1 軸對稱模型之驗證 46
4.4.2 非對稱模型之驗證 47
4.5 Surface Evolver於模擬應用之結論 48
第五章 錫球成型及光路模擬規劃
5.1 蝕刻凹槽之尺寸規劃 49
5.2 錫球成型之設計模擬 51
5.2.1 無加置LD模型之墊片尺寸及錫球體積設計模擬 51
5.2.1.1 無加置LD模型之墊片尺寸設計 51
5.2.1.2 無加置LD模型之體積設計 52
5.2.1.3 無加置LD模型之邊界條件 52
5.2.2 加置LD模型之墊片尺寸及錫球體積設計模擬 53
5.2.2.1 加置LD模型之墊片尺寸及錫球體積設計 53
5.2.2.2 加置LD模型之邊界條件 54
5.2.2.3 加置LD模型之自由度分析 55
第六章 結果與分析
6.1 無加置LD之Surface Evolver模擬結果 57
6.2 加置LD Surface Evolver之傾斜角模擬分析 61
6.2.1 變數vq-vp之LD傾斜度 61
6.2.2 變數vr-(vp+vr/2)之LD傾斜角 61
6.2.3 變數V-vp之LD傾斜角 62
6.2.4 各變數對傾斜角之影響 65
6.3 表面元素密度對傾斜角之影響 65
6.4 傾斜角偏差之耦合效率 69
6.5 傾斜角19.48度之墊片形狀及錫球體積 70
6.6 Ld於工作溫度所產生的角度偏差 72
第七章 結論
參考文獻 76

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