太赫兹量子级联激光器注入区结构研究

主要研究了THz量子级联激光器注入区结构的隧穿特性。通过量子力学方程设计出透射率最大的注入区结构。模拟结果表明,周期间势垒宽度为4.7 nm时,注入区的透射率最大。对于含有此注入区的QCL结构,模拟了在不同偏压下,电子波函数的空间分布和能级位置,进而模拟出该模型的隧穿点。计算结果表明,当每个周期两端的外加偏压为45 mV时达到THz工作点,同时满足周期间的电子隧穿条件。之后通过器件工艺,把外延片制作成实验样品。电流电压(I-V)测试曲线表明,在周期间偏压为50 mV时发生隧穿,这和理论计算的周期偏压为45 mV十分接近。     

太赫兹量子级联激光器

太赫兹技术近年来发展迅速,应用越来越广泛,是当前的热门研究领域。太赫兹量子级联激光器是产生太赫兹辐射的重要器件,对太赫兹量子级联激光器的发展,以及有源区和波导层的设计等进行了详细讨论。     

基于多模速率方程电路建模的太赫兹量子级联激光器稳态性能及输出光谱特性分析

通过改进的三能级多模态速率方程,运用电路建模 方法,建立了太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)的一种等效电路模型。由于基于多模 态效应进行建模,所建模型能够有效表 征多模态效应对THz QCL光电性能的影响。模型中,涉及的非辐射散射时间、自激发射弛豫 时间以及电子逃 逸时间均根据器件有源层结构参数通过自洽数值求解获得。采用所建模型,可运用通用电路 仿真工具实现对 THz QCL光电特性的模拟分析,克服了数值分析方法计算复杂、模拟时间长的缺点。运用电 路仿 真工具PSPICE对2.47THz QCL的稳态特性和输出光谱特性进行了模拟 分析,并讨论了温度变化对器 件阈值电流、输出光功率以及输出频谱的影响,分析结果与已报道的理论和实验结果一致 ,验证了本文方法的适用性和准确性。     

太赫兹量子级联激光器有源区增益分析和设计

太赫兹量子级联激光器(QCL)有源区设计主要包括啁啾超晶格、束缚-连续态跃迁和共振声子等模式。本文利用密度矩阵方法模拟太赫兹QCL光增益谱的基本特征,特别是通过分析太赫兹QCL光增益特性与子带寿命的依赖关系,理解太赫兹QCL对超晶格子带间非辐射跃迁寿命的要求。进而根据这些要求给出一种基于束缚-连续态跃迁和共振声子混合模式的太赫兹QCL有源区设计方案,利用纵光学声子共振帮助缩短束缚-连续态跃迁模式中下辐射态寿命。     

单模太赫兹量子级联激光器

为了获得窄线宽太赫兹光源,制作了基于表面金属光栅的单模太赫兹量子级联激光器。通过优化光栅结构,获得了具有较强耦合效率和较低损耗的光栅结构参数。波导结构采用半绝缘表面等离子体波导以便能获得较高的光输出功率。激光器单模激射波长为95μm。10 K时,器件最高单模输出功率达到了43 m W,单模抑制比为18 d B。单模器件工作温度超过70 K,在70 K时,仍然有5 m W的单模输出功率。这种输出性能良好的激光器有望作为太赫兹接收机的本振源。     

基于电路建模的THz量子级联激光器稳态性能分析

通过改进的三能级速率方程运用电路建模方法建 立了太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL,quantum cascade)的一种等效电路模型。模型中, 涉及的非辐射散射时间、自激发射弛豫时间 以及电子逃逸时间均根据器件有源层结构参数通过自洽数值求解获得。采用该模型可运用通 用电路仿真工 具实现对THz QCL器件光电特性的模拟仿真,克服了数值分析方法计算复杂,模拟时间长的 缺点。运 用电路仿真工具PSPICE对3.9THz QCL的稳态特性进行了模拟仿真,并 讨论了温度变化对器件阈值电 流、增益系数、粒子数反转的影响,其分析结果与已报道的理论和实验结果一致,验证了本 方法的适用性和准确性。     

高输出功率太赫兹量子级联激光器与温度特性

半导体太赫兹量子级联激光器(THz QCL)是一种相干性好线宽窄的太赫兹辐射源,有潜力获得高的输出功率.采用基于非平衡格林函数(NEGF)方法的计算工具设计、生长、制备了基于砷化镓系材料的THz QCL.在10 K温度下,峰值功率达到270 mW,平均功率为2. 4 mW,单位面积的输出功率与已报道的最高值相当.采用NEGF方法对器件的温度变化特性做了详细的分析.     

太赫兹量子级联激光器研究进展

量子级联激光器(QCL)是一种基于多量子阱子带间跃迁的单极性半导体激光器,激射频率位于中远红外以及太赫兹(THz)波段。在1～5 THz激射频率范围内,THz QCL是最有效的电泵浦THz辐射源,具有结构紧凑、易集成、输出功率高和转换效率高等优点。本文首先对THz QCL的有源区结构、波导结构以及材料体系进行了简介,然后从有源区方面对极限激射频率、高工作温度、大输出功率等高性能THz QCL进行了梳理,接着从波导结构方面对一维光栅、二维光子结构、超表面结构等THz QCL光子工程研究进展进行了综述。另外对主动稳频THz光频梳、被动稳频THz光频梳、THz双光梳等THz QCL光频梳方面的最新研究成果进行了介绍。     

高输出功率锥形波导太赫兹量子级联激光器

制作了基于锥形波导结构的高输出功率的太赫兹(THz)量子级联激光器。激光器采用单面金属波导结构,并采用锥形波导形状提高光输出功率,且保证了良好的光斑远场发散角。激光器水平方向远场光斑发散角为18.4?,器件输出中心波长为93 μm(3.23 THz),器件最高输出功率达到了185 mW,最高工作温度为95 K。80 K时,器件的最高脉冲输出功率能达到65 mW。基于如此高的输出功率,制作了液氮杜瓦封装的小型便携式太赫兹激光源。     

太赫兹Si/SiGe量子级联激光器波导模拟

波导层结构设计是制备太赫兹(THz)量子级联激光器的关键问题之一.本文基于德鲁得(Drude)模型,利用时域有限差分(FDTD)法,对Si/SiGe量子级联激光器的波导层进行优化设计,从理论上对传统的递变折射率波导、单面金属波导、双面金属波导以及金属/金属硅化物波导横磁模(TM模)的模式损耗和光场限制因子进行了对比分析.结果表明,金属/金属硅化物波导不但可以减小波导损耗,而且有很高的光学限制因子,同时其工艺也比双面金属波导容易实现,为Si/SiGe太赫兹量子级联激光器波导层的设计提供了一定的理论指导.     

共振声子THz QCL有源区结构设计

利用Airy函数代换与传输矩阵方法精确计算了有外加偏压下电子在共振声子太赫兹量子级联激光器有源区单个周期内的透射系数与波函数,得到了不同偏压下的电子波函数分布以及准束缚态能级位置与外加偏压的关系曲线.在仿真计算的基础上设计了一种共振声子太赫兹量子级联激光器的有源区结构.计算结果表明,对于设计的结构,当单个周期两端的外加...     

量子级联激光器的发展及其应用

量子级联激光器作为新近出现的全固化小型理想中远红外激光源,引起了人们极大的兴趣,本文介绍了量子级联激光器的发展、应用状况及一些可能的应用范围。     

THz量子级联激光器跃迁速率的数值求解及验证

THz量子级联激光器(QCL,quantum cascade laser )有源区载流子的跃迁速率是研究激光器内部输运特性,模拟激光器特性和优化设计的关键 参数。本文针对跃迁速率的计算问题,在连续介质模型下提出了一种运用自洽方法和费米黄 金法则计算THz QCL有源区载流子跃迁速率的方法。方法考虑了包括电子-纵向光声子散射 、电子-电子散射机制以及电子-光子散射对跃迁速率的影响。利用本文方法对已报道的TH z QCL进行了数值模拟,讨论了温度参数和注入掺杂浓度参数对跃迁速率的影响并进行了模 拟分析,分析结果与已报道的理论和实验结果一致,验证了方法的适用性和准确性。本文方 法的提出为运用速率方程法进行THz QCL有源层的建模和优化设计提供了基础。     

太赫兹Si/SiGe量子级联激光器波导模拟

波导层结构设计是制备太赫兹(THz)量子级联激光器的关键问题之一.本文基于德鲁得(Drude)模型,利用时域有限差分(FDTD)法,对Si/SiGe量子级联激光器的波导层进行优化设计,从理论上对传统的递变折射率波导、单面金属波导、双面金属波导以及金属/金属硅化物波导横磁模(TM模)的模式损耗和光场限制因子进行了对比分析.结果表明,金属/金属硅化物波导不但可以减小波导损耗,而且有很高的光学限制因子,同时其工艺也比双面金属波导容易实现,为Si/SiGe太赫兹量子级联激光器波导层的设计提供了一定的理论指导.     

国外军用大功率半导体激光器的发展现状

由于半导体激光器具有体积小、结构简单、质量轻、转换效率高、可靠性好、寿命长、易于调制及与其他半导体器件易于集成等特点,可应用于军事、工业、医疗、通信等领域,尤其是在激光制导跟踪、激光雷达、激光引信、激光测距、激光通信、激光模拟武器、激光瞄准告警和光纤陀螺等军事领域得到广泛应用.概述了近年来美国和欧洲等国家在半导体激光器方面的主要研制计划及其所取得的成果,重点介绍了GaAs基和InP基近红外大功率半导体激光器、中远红外及太赫兹量子级联半导体激光器等的发展现状和最新研制成果.随着新型半导体材料、激光器结构和热管理等技术的发展,展望了未来半导体激光器技术的发展趋势.     

量子级联激光器的一种新的等效电路模型

采用电路建模方法,通过分析量子级联激光器（QCL,quantum cascade laser）中电子在子能带间跃迁机理和量子阱间的输运特性得到其二层级电子速率方程和光子速率方程,以此建立QCL的等效电路模型。电路模型的建立使得对QCL特性可以用通用电路仿真工具进行模拟仿真,克服了数值分析方法计算复杂,模拟时间长的缺点。...