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太赫兹量子级联激光器有源区的数值模拟

于冰  
【摘要】:振荡源的研究一直是太赫兹领域中的热点,量子级联激光器波长由子带能级间隔决定,还有经济便携的特点,是太赫兹振荡源的理想选择。本学位论文研究了GaAs/AlGaAs量子级联激光器中电子与声子的相互作用。声子辅助下电子跃迁是太赫兹量子级联激光器设计中应重点考虑的要素,论文的研究成果对提高激光器性能有重要的指导意义。 1、k·p微扰方法下,利用有限差分法求解了化合物半导体的有效质量方程,在计算中考虑了超晶格界面处电子有效质量不连续性,自洽求解了掺杂有源区在不同外加电场下的薛定谔方程和泊松方程。随掺杂浓度的不同,泊松势会对有源区势垒有微弱的修正,随外加电场的变化子带能级会出现反交叉。太赫兹量子级联激光器激射能级间隔小于声子的能量,精确求解的子带能级和波函数是进一步研究电子声子相互作用的基础。 2、在连续介质模型下,计算了太赫兹GaAs/AlGaAs量子级联激光器有源区中纵向受限光学声子模式和界面声子模式。利用传输矩阵法计算了界面声子模式的色散关系及其势场的分布,然后利用kinsler给出的方法计算了界面声子辅助下的电子散射速率,散射速率在皮秒量级,类AlAs界面声子和高能量类GaAs界面声子辅助下的电子散射率比较大,低能量类GaAs界面声子辅助的电子散射率很小。界面声子与处于E_2态的电子有强烈的相互作用,而与处于E_2态的电子相互作用很弱,两者的跃迁概率相差一个数量级,导致电子很容易在界面声子作用下从E_2跃迁到基态E_1,有助于实现E_3与E_2间的粒子数反转。


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