太赫兹量子级联激光器结构设计与输运性质

论文摘要

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 .3Ga0.7As/GaAs/ Al 0 .3Ga0.7As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。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 太赫兹波介绍
• 1.2 太赫兹辐射的特性和应用
• 2 量子级联激光器
• 2.1 介绍
• 2.1.1 量子级联激光器
• 2.1.2 太赫兹量子级联激光器
• 2.2 基本原理
• 2.2.1 单极性
• 2.2.2 级联性
• 2.2.3 粒子数反转
• 3 理论计算
• 3.1 模型和理论方法
• 3.2 计算结果分析
• 3.2.1 双垒能级和透射系数性质的研究
• 3.2.2 三垒双阱结构耦合性质的研究
• 3.3 太赫兹级联激光器共振声子结构设计
• 3.4 总结
• 4 总结与展望
• 参考文献
• 致谢