Engels Crespo, Fernando D. (2021) Modelado y caracterización del campo electromagnético en láseres de cascada cuántica / / Modeling and characterization of the electromagnetic field in quuantum cascade lasers. Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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| PDF (Tesis) Español 8Mb |
Resumen en español
En el presente trabajo se analizó, modeló y optimizó la guía de ondas de un láser de cascada cuántica (QCL), estudiando sus propiedades mediante un programa de cálculo por elementos finitos (COMSOL). Se aprendió a utilizar el programa, se comprendió su forma de uso y la forma de optimizar el uso de sus recursos computacionales, especialmente la memoria requerida. En primer lugar, se estudió el funcionamiento de las guías de ondas metálicas y dieléctricas, para de esta manera entender mejor el problema del confinamiento del campo electromagnético y poder estudiar detalladamente el problema de las guías de ondas en QCLs. En segundo lugar, se consideró la guía de ondas de un láser de 9.4 μm descripto en la literatura. Se analizaron los distintos parámetros de la guía de ondas y cómo estos modificaban sus características, mostrando cómo es posible optimizar sus propiedades. Se realizó un análisis de la distribución del campo lejano, poniendo énfasis en la forma y divergencia del haz emitido. Finalmente, se realizaron mediciones en un QCL comercial para comprender de mejor manera su funcionamiento y analizar su emisión a partir de la distribución del campo lejano.
Resumen en inglés
In the present work, the waveguide of a quantum cascade laser (QCL) was analyzed, modeled and optimized, studying its properties with a finite elements program (COMSOL). It was learned how to use the program COMSOL, to understand how to use it and how to optimize the use of computational resources, specially the required memory. Firstly, the working principles of metallic and dielectric waveguides was studied, in order to better understand the problem of electromagnetic field confinement and to be able to study in detail the problem of waveguides in QCLs. Secondly, the waveguide of a 9.4 μm laser described in the literature was considered. The different parameters of the waveguide and how they modified its characteristics were analyzed, showing how it is possible to optimize its properties. An analysis of the far field distribution was carried out, emphasizing the shape and divergence of the emitted beam. Finally, measurements were made on a commercial QCL to better understand its operation and analyze its emission from the far field distribution.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Waveguides; Guías de ondas; Electromagnetic fields; Campos electromagnéticos; Optimization; Optimización; [Quantum cascade laser; Láser de cascada cuántica; Finite element analysis; Cálculo por elementos finitos; Mid infrared, Infrarrojo medio ] |
| Referencias: | [1] Lecture 26 - dielectric slab waveguides, 2005. URL https://courses.cit.cornell.edu/ece303/Lectures/lecture26.pdf. [2] Sirtori, C. GaAs Quantum Cascade Lasers: Fundamentals and performance. Collection de la Société Française d’Optique, 7, 03, 2002. doi:10.1051/bib-sfo:2002057. [3] QUANTUM CASCADE LASER USER’S MANUAL, 2012. URL https://www.alpeslasers.ch/Manual_v3.0.pdf. [4] Faist, J. Quantum Cascade Lasers. Oxford University Press, 2013. [5] Amplitude modulation and stabilization of quantum-cascade lasers, 2010. URL https://spie.org/news/3138-amplitude-modulation-and-stabilization-of-quantum-cascade-lasers. [6] Griffiths, D. J. Introduction to Electrodynamics. Prentice Hall, 1981. [7] Nikolski, V. V. Electrodinámica y propagación de ondas de radio. Editorial Mir Moscú, 2013. [8] Waveguide – classification, modes, how it works, application, advantage. URL https://electricalfundablog.com/waveguide-classification-modes/. [9] Yeh, C., Shimabukuro, F. I. The Essence of Dielectric Waveguides. Springer, 2008. [10] Ciraolo, G., Magnanini, R. A radiation condition for uniqueness in a wave propagation problemfor 2-D open waveguides. Mathematical Methods in the Applied Sciences, 32 (10), 1183–1206, 2009. doi:10.1002/mma.1084. [11] Hammer, M. Wave-matching method for mode analysis of dielectric waveguides. Optical and Quantum Electronics, 29, 907–922, 11 2002. doi:10.1023/A:1018581701193. [12] Spitzer, W. G., Whelan, J. M. Infrared absorption and electron effective mass in n-type gallium arsenide. Physical Review, 114, 59–63, 1959. doi:10.1103/PhysRev.114.59. |
| Materias: | Física > Fotónica |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. de Física > Materia condensada > Laboratorio de fotónica y optoelectrónica |
| Código ID: | 1026 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 28 Abr 2022 11:48 |
| Última Modificación: | 28 Abr 2022 11:48 |
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