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太赫兹量子级联激光器结构设计与输运性质

卢俊  
【摘要】:太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL)是一种重要的太赫兹辐射源,具有体积小、轻便、易集成、频率可调和能量转换效率高的特点。本论文主要研究了太赫兹量子级联激光器(THz QCL)的输运性质,并由输运性质设计出了带有光学声子散射的THz QCL。 首先利用传递矩阵方法推导出了Al_( 0 .3) Ga_(0.7)As/GaAs/ Al_( 0 .3) Ga_(0.7)As双垒单阱结构的透射系数,并得出了不同情况下的准束缚态能级。并由此计算出了第二个垒的宽度变化时,场强和能级之间的关系。计算结果表明,垒宽,阱宽,偏压对系统的透射系数都有着非常明显的影响。当固定第一个垒的宽度,而变化第二个垒宽时,系统基态能级和第一激发态的能级均没有受到垒宽变化的影响。 接着本文研究了在三垒双阱结构中,中间阱宽对于阱与阱之间耦合作用的影响。随着中间阱宽的逐渐减小,相邻的阱与阱之间的耦合作用逐渐加强。 最后研究了THz QCL的输运性质,并设计出了带有光学声子散射的THz QCL。模拟了波函数分布和能级位置。对于设计的结构,模拟出发射区高能级波函数和低能级波函数能够交叠;发射波长147.6(μm),频率2.03(THz),属于太赫兹频段;抽取区发射电磁波能量26.9(meV),和晶格光学声子能量相当。这有利于粒子数反转,增加太赫兹发射强度。


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