纤锌矿型量子级联激光器的界面与受限声子比较(英文)

利用传输矩阵方法对纤锌矿型量子级联激光器有源区的界面与受限声子进行了研究.计算结果显示:在纵光学频域有一组界面声子与二组受限声子存在,而且最低频率的两个界面声子在一定条件下能转变为受限模式.通过比较界面声子与受限声子的色散及声子势发现两者有很大不同,且计算电声散射速率可以发现由这两种声子引起的散射率是可比拟的.     

量子级联激光器有源核中界面声子的特性研究

研究了量子级联激光器有源核中界面声子的色散关系和静电势分布. 根据有源核内部的平移不变性导出了界面声子的色散关系. 计算显示有源核中的界面声子可以分为体声子和表面声子模式. 体声子的色散曲线构成一系列准连续的声子子带，其静电势分布于整个有源核并呈现出Bloch波的特征. 表面声子的色散曲线位于各体声子子带的带隙内，其静电势局域在有源核一侧. 这些结果将有助于量子级联激光器和子带跃迁激光器的优化设计.     

共振声子太赫兹量子级联激光器研究

本文综述了共振声子太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)载流子输运及其光电特性的研究结果。我们采用Monte Carlo方法模拟了不同有源区结构的共振声子THz QCL,如四阱有源区和三阱有源区结构等,优化了THz QCL的器件参数。计算表明,器件的增益依赖于注入势垒的宽度、掺杂浓度和声子抽运能级间隔等参数。单阱注入的THz QCL可以获得低的激射频率,而三阱有源区结构的THz QCL具有更高的工作温度。我们数值模拟了这两种器件结构在不同寄生电压下的电子输运、增益以及温度特性等。同时,我们实验测量了THz QCL的发射谱偏压和温度效应,计算结果与实验相吻合。研究结果表明,随着偏压增加发射谱出现了明显的频率蓝移,多模激射仅出现在大电流注入情形。与偏压的密切依赖关系不同,激射频率对温度的变化并不敏感。     

一种量子级联激光器能带电子温度计算新方法

基于电子动能与温度的关系以及费米黄金定律,对速率方程进行了优化,使其能够计算电子温度,进而实现了更为精准的速率方程求解。与已有的动能平衡法比较,该方法对能带电子温度变化过程进行了详细的描述,故无需采用优化算法求解,所以可以避免因陷入局部最优解而带来的多次计算的收敛值一致性较差的问题。计算结果表明,该方法在选取不同的初始温度时,通过自洽求解,即可解出各能级电子温度,且均可获得一致性较好的收敛值。     

纤锌矿氮化镓基阶梯量子阱中界面声子的色散谱与散射率

本文理论分析了纤锌矿GaN-基阶梯量子阱中的电子-界面光学声子散射性质。阶梯量子阱中的解析的界面声子态及Frhlich电子-声子相互作用哈密顿被导出了。在考虑强内建电场效应及能带的非抛物性特性的情况下,阶梯量子阱结构精确解析的电子本征态也被给出了。以一个四层纤锌矿AlN-基阶梯量子阱为例进行了数值计算。结果发现,系统中存在四支界面光学声子模,这一观察明显不同于对称的GaN/AlN单量子阱与双量子阱的情况。这一差异被归结为阶梯量子结构的非对称性。GaN-基阶梯量子阱中的子带内散射率与子带间散射率比GaAs-基阶梯量子阱的结果大一个数量级,这被归因于GaN-基晶体大的电子-声子耦合常数。GaN-基阶梯量子阱的子带内散射率表现出与GaAs-基体系类似的结构参数依赖关系,但两类体系的子带间散射率对阶梯量子阱结构参数依赖则明显不同,这被归结为GaN-基阶梯量子阱结构中强的内建电场效应及带的非抛物性。结果还表明,高频界面声子模相对于低频界面声子模,对散射率的贡献更大。     

太赫兹量子级联激光器研究进展

太赫兹技术涉及电磁学、光电子学、半导体物理学、材料科学以及微加工技术等多个学科,它在信息科学、生物学、医学、天文学、环境科学等领域有重要的应用价值.太赫兹辐射源是太赫兹频段应用的关键器件.本文简要介绍了太赫兹电磁波的研究背景、重要特点以及潜在应用,重点讨论了太赫兹半导体量子级联激光器的工作原理和研究进展等.     

太赫兹量子级联激光器研究进展

太赫兹技术涉及电磁学、光电子学、半导体物理学、材料科学以及微加工技术等多个学科，它在信息科学、生物学、医学、天文学、环境科学等领域有重要的应用价值．太赫兹辐射源是太赫兹频段应用的关键器件．本文简要介绍了太赫兹电磁波的研究背景、重要特点以及潜在应用，重点讨论了太赫兹半导体量子级联激光器的工作原理和研究进展等．     

GaN量子点层厚度对太赫兹量子点级联激光器有源区优化设计的影响

近年来,随着太赫兹科学技术的兴起,Ga N基量子级联激光器成为进一步提高太赫兹源工作温度潜力的研究方向之一。半导体量子点由于其优越的量子限制效应对改善光电器件的特性有重要的作用。本文系统研究了引入Ga N量子点后,Ga N量子点层厚度对双阱结构周期的Al_xGa_1-xN/Al_yGa_1-yN太赫兹量子点级联激光器的有源区结构优化设计的影响,并考虑了各种不同掩埋量子点的阱层厚度的影响。发现该结构中量子点层厚度越小,跃迁发光能级的能量间隔越小,且处于太赫兹光能量范围内;反之量子点层厚度越大,明显超出了太赫兹范围,尤其超过2 nm后压电极化效应使量子点左侧的阱中的三角形势垒抬高,更加不利于发光跃迁的进行。因此量子点级联激光器要产生太赫兹波段的辐射需要量子点层厚度足够小,对该结构来说应小于等于1 nm。此外还发现总体上跃迁发光的能级间隔几乎不受掩埋量子点的阱层厚度的影响。这些研究结果可为引入Ga N量子点的Al_xGa_1-xN/Al_yGa_...     

纤锌矿GaN/ZnO 量子阱中的界面声子及其电声相互作用

根据介电连续模型和单轴晶体模型研究了纤锌矿量子阱中的界面声子模及其电声子相互作用的Fröhlich哈密顿。我们计算和讨论了纤锌矿GaN/ZnO单量子阱中的界面声子的色散关系和电声相互作用的耦合强度。色散曲线充分体现了纤锌矿晶体的各向异性;四支界面声子模出现在两个能量区域中,分别是：[ , ]和[ , ]。界面声子模出现消失的现象,光学声子模之间存在能量交迭区域。我们的结果也阐述了纤锌矿GaN/ZnO单量子阱中每支声子模与电子相互作用的对称性和耦合强度。     

量子级联激光器调制特性的电路模拟

量子级联激光器(QCL)是波长范围在中远红外的一类新型激光器,到目前为此,对于它的脉冲响应及调制响应等动态特性了解并不是很深入,为此以贝尔实验室在1994年发明的量子级联激光器器件模型为基础,通过分析量子级联激光器中的电子在多量子阱间输运及跃迁的单极行为,得到它的速率方程。以此为基础,通过用电路元素对方程进行改造,建立起其相应的等效电路模型,利用PSPICE电路模拟软件进行模拟仿真,得到了它的调制响应特性,对可能影响其调制特性的一些因素如各阱之间的弛豫时间进行了讨论,并与其它类型激光器作了比较,发现量子级联激光器的动态性能并不优良,而这一点应缘于其独特的激射能级结构。     

自发辐射对量子级联激光器发光噪声的影响

为得到量子级联激光器特有的光噪声特性,通过在速率方程中引入Langevin噪声源以及自发辐射因子的方法,在单模与线性增益的情况下讨论了自发辐射因子及与偏置电流等参数与光噪声的强度及带宽等特性之间的关系,计算结果表明,增大自发辐射因子能降低光噪声的强度,增宽光噪声的3-dB截止频率,进一步的研究也表明,自发辐射因子对光噪声的影响与激光器的偏置电流有密切关系,这种影响在偏置电流较小时比较明显,但当偏置电流很大时自发辐射因子对光噪声的影响将变得很弱。     

Si/SiGe量子级联激光器研究进展

Si/SiGe量子级联激光器是一种新型的带内跃迁的红外光源,突破了Si基材料间接带隙特性对光跃迁的限制.Si/SiGe量子级联激光器的开发将为实现太赫兹有源器件的硅基集成产生深远影响.文章介绍了Si/SiGe量子级联激光器的工作原理,以及这类激光器在能带设计、材料生长和波导制作方面的最新进展.     

Si/SiGe量子级联激光器研究进展

Si／SiGe量子级联激光器是一种新型的带内跃迁的红外光源，突破了Si基材料间接带隙特性对光跃迁的限制。Si/SiGe量子级联激光器的开发将为实现太赫兹有源器件的硅基集成产生深远影响。文章介绍了Si/SiGe量子级联激光器的工作原理，以及这类激光器在能带设计、材料生长和波导制作方面的最新进展。     

2.5 THz量子级联激光器的研制

基于束缚态到连续态跃迁有源区能带结构,实现了2.5 THz量子级联激光器的连续波工作。激光器的输出频率随电流可在2.45~2.47 THz之间可调,在连续波工作模式下的最高输出功率大于6.0 mW,最高连续波工作温度为60 K,阈值电流密度为120 A/cm2,经Si透镜整形后的输出光斑为高斯分布。     

基于量子级联激光器的气体检测系统的发展与应用

量子级联激光器(QCLs)的快速、灵敏和选择性气体检测等独特优点,使其成为2.5～25μm波长范围内中红外气体检测的理想光源。中红外QCLs在气体检测方面的应用已成为世界各国的研究焦点。尤其是在大气环境监测、太空探索和反恐防恐等领域的应用表现出了其他红外检测系统无可比拟的优势。该文重点介绍了基于量子级联激光器的气体检测系统工作原理、应用及发展趋势。     

InP基高功率短波长量子级联激光器设计

阐述了InP基高功率短波长量子级联激光器(QCL)的设计原理和设计方案。从有源区设计模型出发,介绍了器件的理想和实际载流子传输路径,进而指出有源区设计的发展趋势和方法。根据器件的发展进程,综述了双声子共振设计,非共振抽取式设计,超强耦合设计,深阱设计,浅阱设计,短注入区设计等先进设计方案,这些设计方案使得QCL在低温下的电光转换效率在50%以上,最大室温连续输出功率超过3 W,而器件的特征温度T₀和T₁的最大值分别达到383 K和645 K。针对量子级联激光器的短波长高功率提供的先进设计方案扩大了QCL在民用与军用领域的应用前景,该设计方案亦可为其它波段量子级联激光器实现室温高功率的设计提供借鉴。     

太赫兹量子级联激光器频率梳的色散

群速度色散会限制太赫兹量子级联激光器频率梳的稳定以及频谱宽度.对于太赫兹量子级联激光器频率梳,其色散主要由器件增益、波导损耗、材料损耗引起.研究基于4.2 THz量子级联激光器双面金属波导结构,通过建立德鲁德模型,利用有限元法计算了激光器的波导损耗;器件未钳制的增益由费米黄金定则计算得到,结合增益钳制效应,计算了器件子带电子跃迁吸收以及镜面损耗,得到了器件钳制后的增益;利用Kramers-Kronig关系得到了器件的增益、波导损耗、材料损耗引起的色散,结果表明器件的激射区域存在非常严重的色散(–8×10~5—8×10~5 fs~2/mm).同时,计算了一种基于Gires-Tournois干涉仪结构的色散,结果表明,该结构的色散具有周期性,可以用于太赫兹量子级联激光器的色散补偿.     

基于量子级联激光器的红外光谱技术评述

量子级联激光器是一种新型的红外相干光源。利用量子理论与带隙工程,量子级联激光器可实现3 μm到100 μm波长范围内的任意输出波长。由于大多数气体分子的特征光谱都集中在中红外波段,而中红外量子级联激光器具有功率高、线宽窄、扫描速度快等独特的优点,因此,基于量子级联激光器的红外光谱技术已成为气体检测技术的研究热点。尤其是,近年来室温激光器性能得到不断的完善,输出功率和电光转换效率得到了极大的提高,这在很大程度上推动了红外激光光谱技术的迅速发展。本文根据工作原理,分别介绍了基于直接吸收谱检测、相位调制光谱检测、光声调制光谱检测和法拉第旋光效应光谱检测的量子级联激光器红外光谱检测技术,并对其实现方法和应用情况进行了介绍。     

基于单个量子级联激光器的大气多组分测量方法

利用单个新型中红外量子级联激光器作为激光光源,结合长程光学吸收池技术开展了大气多组分同时测量方法的研究.通过结合基于自适应性Savitzky-Golay滤波的数据处理算法,有效地提高了系统检测灵敏度和光谱分辨率.研究结果表明,在1 s的时间分辨率和1 atm压力条件下,采用二次微分探测技术可实现CO,N_2O和H_2O测量精度分别为8.20 ppb,7.90 ppb和64.00 ppm(1 ppb=10~(-9),1 ppm=10~(-6));通过提高信号平均时间,在最佳的积分时间(85 s)时,系统可实现的最小检测限分别为1.25 ppb(CO),1.15 ppb(N_2O)和35.77 ppm(H_2O).整个系统具有结构紧凑,成本相对较低,通过选择其他波段的量子级联激光器的激光光源,即可实现对其他分子的实时分析.本系统可广泛应用于大气化学等领域的应用研究.     

锥形太赫兹量子级联激光器输出功率与光束特性研究

针对锥形太赫兹量子级联激光器, 利用有限差分波束传播法和速率方程法, 建立了准三维的太赫兹有源器件仿真模型, 能够对具有轴向非线性波导结构的激光器进行模拟. 利用此模型, 研究了锥角大小对激光器输出光功率及光束质量的影响. 仿真结果表明, 考虑到器件之间的光耦合效率, 为了达到最大的有效输出光功率, 锥形太赫兹量子级联激光器的锥角存在一个最优值.