افزایش عملکرد آشکارسازهای نوری

پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس، موفق به طراحی آشکارسازهای جدیدی شدند که عملکرد مناسب‌تری نسبت به آشکارسازهای نوری معمولی در مخابرات نوری فضای آزاد دارند.

پژوهشگران دانشگاه تربیت مدرس، موفق به طراحی آشکارسازهای جدیدی شدند که عملکرد
مناسب‌تری نسبت به آشکارسازهای نوری معمولی در مخابرات نوری فضای آزاد دارند.

آشکارسازهای فروسرخ نقطه کوانتومی یا (QDIP) از قطعات کوانتومی نوری و با ابعادی در
محدوده 10 تا 30 نانومتر هستند که نسبت به انواع قبلی، جریان تاریک کمتر، پاسخ‌دهی
بالاتر، آشکارسازی بالاتر و قابلیت آشکارسازی نور با تابش عمودی بهتری دارند. این
آشکارسازها در ابتدای راه هستند، از این رو تحقیقی با هدف بهینه‌سازی و افزایش
قابلیت‌های آن در دانشگاه تربیت مدرس انجام شده‌است.

مهندس علی میر، در گفتگو با بخش خبری سایت ستاد ویژه توسعه فناوری نانو گفت: «در
این تحقیق، به طراحی و تحلیل یک آشکارساز نقطه کوانتومی فروسرخ یا به اختصار QDIP
پرداختیم که بتواند در مخابرات نوری فضای آزاد و در محدوده طیف فرکانسی 8-12 μm، دارای عملکرد مناسبی باشد، به‌طوری‌که مشکلات مربوط به آشکارسازهای نوری معمولی (که
در طول موج 1/55 μm و یا حتی بالاتر کار می‌کنند)، نداشته باشد».

دانشجوی دکتری مهندسی برق- الکترونیک از دانشگاه تربیت مدرس، برای انجام این کار
پژوهشی، ابتدا نقاط کوانتومی خودساختار یافته هرمی شکل InAs/GaAs را در نظر گرفته و
با استفاده از روش k.p هشت باندی، با لحاظ کردن اثرات اختلاط باندهای آنها بر
همدیگر، ترازهای انرژی و توابع موج آنها را به‌دست آورده‌است. سپس با استفاده از
ترازهای به‌دست آمده، ابعاد نقاط کوانتومی برای جذب نور را در محدوده 8-12 μm تعیین
و از چندین لایه از این ساختار، برای ایجاد ناحیه فعال QDIP استفاده نموده‌است.
برای کاهش جریان تاریک در QDIP نیز، لایه‌های نامتقارن تشدیدگر چاه‌ها و سدهای
کوانتومی و برای افزایش ضریب پاسخ‌دهی QDIP، یک کاواک تشدیدگر در طول موج 10 μm را
طراحی و استفاده نموده و آشکارساز مناسب را ایجاد کرده‌است. در نهایت علاوه بر
تحلیل استاتیکی، تحلیل دینامیکی این نوع آشکارساز نوری را انجام و برای آن یک مدار
معادل الکتریکی نیز پیشنهاد کرده‌است».

مهندس میر در مورد نتایج این کار پژوهشی گفت: «با این تحقیق توانستیم ترازهای انرژی
و توابع موج نقاط کوانتومی هرمی شکل خودساختار یافته را محاسبه و سپس ابعاد نقاط
کوانتومی را برای جذب در محدوده‌های مختلف فروسرخ (مادون قرمز) تعیین نماییم. در
ادامه یک ساختار نامتقارن تشدیدگر کاهش‌دهنده جریان تاریک برای آشکارسازهای نوری
فروسرخ مشخص و یک کاواک تشدیدگر نیز برای افزایش راندمان کوانتومی طراحی کردیم.
بدین ترتیب، ضریب پاسخ‌دهی آشکارساز را بهبود داده و آشکارسازهای نقطه کوانتومی
فروسرخ را تحلیل استاتیکی و دینامیکی نمودیم. در نهایت یک مدل مداری را برای
آشکارساز نقطه کوانتومی فروسرخ ارایه دادیم».

آشکارساز طراحی شده در این پژوهش، دارای دمای کاری و ضریب پاسخ‌دهی بالاتری نسبت به
آشکارسازهای دیگر است که می‌تواند به‌عنوان گیرنده و یا آشکارساز در صنایع نظامی،
پزشکی، مخابراتی، و به طور کلی به‌عنوان یک حسگر نوری دقیق و قابل اطمینان به‌کار
‌رود.

این پژوهش که با راهنمایی دکتر وحید احمدی انجام شده، در مجلهJournal of Modern
Optics

(جلد56 ، صفحات1712-1704، سال 2009) منتشر شده‌است.