Optical and thermal dynamics of long wave quantum cascade lasers

Kuantum Çağlayan Lazerler (KÇL'ler) dalga fonksiyonu mühendisliği ile tasarlanmış kuantum kuyularının bant-içi geçişlerinden yararlanan eşsevreli ışık kaynaklarıdır. Orta kızılaltından terahertz frekanslarına kadar geniş bir tayfta ışık yayan tasarımlar bulunmaktadır. Uzun dalgaboylu KÇL'ler zararlı kimyasal bileşiklerin uzak mesafeden algılanması gibi bazı uygulama alanlarından dolayı ilgi konusudur. Bu tezde 9.2 µm civarında ışık yayan uzun dalgaboylu KÇL'lerin simülasyonları, tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu gösterilmi¸stir. Optik gücü arttırmak ve ısıl randımanı iyileştirmek amacıyla KÇL'lerin optik ve ısıl özellikleri incelenmiştir. KÇL'lerin ısıl özellikleri sonlu eleman metodları ile tahlil edilmiştir. KÇL oyuk sıcaklıklarının deneysel olarak ölçülmesi için Fabry-Perot modlarının analizine dayanan tayf ölçüm tabanlı bir teknik geliştirilmiştir. Simülasyon ve deneysel sonuçların birleştirilmesi ile KÇL'lerin ısıl özellikleri incelenmiş ve aktif bölgenin ısıl iletkenliği hesaplanmıştır. Optik gücü arttırmak için optik hesaplamalar yapılarak optik kaybın kaynakları araştırılmıştır. Alternatif elektriksel izolasyon malzemelerinin araştırılması sonucunda HfO2 pasivasyonlu lazerler üretilmiş, optik kayıpta iki kata yakın azalma ve optik güçte artış gösterilmiştir.