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研究生:陳騰麒
研究生(外文):Teng-Chi Chen
論文名稱:以FFT-BPM和基因演算法模擬並最佳化寬面半導體雷射之遠近場輸出場型
論文名稱(外文):Simulation and optimization of near and far field beam profiles of broad area semiconductor lasers using the FFT-BPM and genetic algorithm
指導教授:蔡宗祐蔡宗祐引用關係
指導教授(外文):Tzong-Yow Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:微電子工程研究所碩博士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:77
中文關鍵詞:基因演算法快速傅立葉轉換光束傳播法
外文關鍵詞:fast fourier transform beam propagation methodgenetic algorithm
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本篇論文模擬,利用快速傅立葉轉換光束傳播法與載子擴散方程式來模擬討論寬面半導體雷射共振腔內的各種機制,如光電場與載子交互作用所造成的spatial hole buring現象、光電場強度所造成的self-focusing非線性現象,以及雷射輸出功率和出光面在近場遠場的穩定性。由於寬面(broad-area)半導體雷射的電流注入面積大,使得功率大幅提升,但卻也伴隨著嚴重的光絲現象(filamentation),因此論文中藉由改變電流注入面積形狀,降低可共振輸出的模態數目,在不影響功率輸出的情況下,抑制近遠場的光絲現象,使得出光面的穩定性提高、遠場電場的強度集中,以及電流注入半導體雷射時,注入效率提高。我們並利用基因演算法來得到最佳的注入電流分佈。
In the thesis, the performances and characteristics of broad area semiconductor lasers were simulated using the carrier distribution equation and the FFT-BPM method. The physics mechanisms such as hole burning resulting from the interaction between carriers and electromagnetic field, and self-focusing caused by the nonlinear Kerr effect were taken into account in simulation. A broad-area semiconductor laser has a broad area of pump stripe for current injection that contributes high output power but also gives rise to bad beam profiles in near and far fields called filamentation. Without reducing the output power, the thesis succeeded in minimizing the filamentation in near and far fields using the genetic algorithm by modulating the shape of the laser pump stripe.
章節目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 IV
第一章 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機與方法 8
1-3 論文架構 10
第二章 11
2-1 簡介 11
2-2 快速傅立葉光束傳播法(Fast Fourier Transform Beam Propagation Method) 12
2-2-1理論 12
2-2-2 Fresnel Approximation 14
2-2-3 寬角度之討論(Wide-Angle Formulation) 20
2-3 寬面半導體雷射( Broad Area Laser Diode )分析 25
2-3-1 理論模型 25
2-3-2程式模擬流程 29
2-4 遺傳基因演算法 31
2-4-1基因演算法之演化流程 31
2-4-2 基因演算法之特性 38
第三章 39
3-1 Spatial hole burning 40
3-2 Filamentation 42
3-3 Self-focusing、Self-defocusing 44
3-4 輸出場型穩定性 46
第四章 49
4-1 輸出場型穩定性 50
4-2 出光面場強度分佈最佳化 51
4-2-1 Lw之分析與討論 52
4-2-2 Ln之分析與討論 54
4-2-3最佳化 56
4-3 注入電流面積最佳化 63
4-4 模擬結果討論 65
第五章 66
5-1 實驗結果與討論 66
5-2 未來展望 67
Reference 69
附錄 72
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