一种中红外量子级联激光器的热模型

采用电路建模方法,通过分析中红外量子级联激 光器(QCL,quantum cascade laser)中增益的 热依赖特性,运用简化的二层级电子速率方程和光子速率方程,建立了能体现温度变化对中 红外QCL光电性能影响的等效电路热模型。热模型的建立,使得对QCL热依赖特性可 以运用通用电路仿真 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。利用PSPICE软件对 模型进行模拟分析,分析结果与已报道的理论和实验结果一致,验证了模型的实用性和 准确性。     

量子级联激光器的电路模型分析

通过分析量子级联激光器(QCL)中的电子在量子阱输运的单极行为,得到它的速率方程,以此为基础建立起它的等效电路模型,利用PSPICE进行电路模拟,得到了它的频率响应特性,并对可能影响它的调制特性的一些因素进行了分析.     

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。     

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。     

量子级联激光器生热的电路模型分析

通过分析量子级联激光器（QCL）中各量子阱的生热及阱间的热流输运情况,得到它的热输运方程,以此为基础类比电路理论建立了等效电路模型,利用matlab和EWB512分别进行理论与电路模拟,得到了它的生热特性,并对可能影响它的生热特性的一些因素进行了分析。     

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。     

注入区势垒厚度对THz量子级联激光器光电特性的影响

为优化多量子阱结构THz量子级联激光器(QCL,qua ntum cascade laser)有源区的结 构设计,本文运用自洽数值求解与电路建模相结合的方法研究了器件有源层注入区势垒厚度 变化 对器件光电及温度特性的影响。首先采用自洽数值求解获得注入区势垒厚为3.0~6. 8nm器件非辐射 散射时间、自激发射弛豫时间以及电子逃逸时间等描述器件有源区输运特性的重要参量;然 后运用电路建 模方法基于三能级速率方程建立了器件的等效电路模型;最后运用电路仿真工具PSPICE对注 入区势垒厚 为3.0~6.8nm器件的光电特性进行了模拟分析,并讨论了器件有源层 注入区的势垒厚度参数变化对器件阈 值电流、输出光功率和输入阻抗等性能参数的影响,分析结果与已报道的理论和实验结果一 致,证明了 通过合理优化有源区的结构参数可以进一步提高器件性能。     

一个简单的量子阱激光器等效电路模型

给出一个新的量子阱激光器等效电路模型,由量子阱激光器单模速率方程推导得到并在电路模拟程序ＳＰＩＣＥ中完成。该模型考虑了热辐射效应和分离限制区域（ＳＣＨ）内的载流子工作情况,给出了新的光增益表达式。并利用该模型对单量子阱激光器的小信号特性和瞬态大信号特性进行了预测,模拟结果表明和速率方程的直接求解结果吻合很好。     

量子级联激光器非线性动态特性研究进展

量子级联激光器（Quantum Cascade Laser, QCL）是依赖电子在量子阱子带间跃迁辐射出光子而发生激射的单极型半导体激光器。大量的理论与实验研究已经证明轻微的外部扰动（如光反馈、光注入）或内部足够强的非线性模式耦合能够引起半导体激光器的非线性输出。QCL作为新型半导体器件,具有腔内强度高、子带间光学非线性强以及电子弛豫时间快等特点,激发了学者研究其非线性动力学的兴趣。本文详细综述了QCL的非线性动态特性研究进展情况,探究了QCL非线性动力学性质的产生机理,总结了QCL非线性特性的应用场景。     

量子点半导体光放大器的速率方程和增益特性

为了深入研究量子点半导体光放大器(QD-SOA)的特性,建立了量子点半导体光放大器子带导带的三能级系统模型.把系统载流子的速率方程与其他文献采用的速率方程进行了对比优化.通过数值计算得到了瞬态解,并得到载流子在放大器各能级态的浓度分布,验证了量子点中能级分立特性.利用电子和空穴各自的占有几率在基态成一定的线性关系,在稳态下对速率方程求解,得出了量子点半导体光放大器相关的增益特性,以及增益特性与基态电子的占有几率之间的关系.结果表明量子点半导体光放大器具有很高的饱和增益和微分增益,较低的阈值电流等特性.说明量子点半导体光放大器具有比其他体材料和量子阱光放大器更加优异的特性.为光放大器的设计提供了有力的理论指导.     

微型激光推动无人机的高精度QCL驱动器设计

为了能够利用激光烧蚀原理驱动微型无人机,设计了量子级联激光器(QCL)驱动器。其主要包括电压产生模块、内环反馈恒流源模块、外环反馈模块、保护电路等。本QCL驱动器能够产生高精度的注入电流,且注入电流与驱动电压线性度达到99.93%。利用本驱动器对中心波数为2083 cm-1的QCL激光器进行驱动测试,QCL激光器输出功率可达到130 mW。结果表明,本驱动器可用于微型无人机。     

Higher order nonlinearity and synchronization of quantum cascade lasers

This paper presents a closed-form analysis of the synchronization phenomenon of the quantum cascade laser (QCL). The analysis has been made with considering higher order nonlinearity of the modal gain of the QCL. The frequency response characteristics of the synchronized QCL along with the stability of the locked state, the effect of nonlinearity on the lockband of the QCL and the amplitude limiting action of the locked QCL have been calculated. The analysis demonstrates the effect of higher order nonlinearity on the properties of the synchronized QCL.     

基于量子级联激光器的自由空间通信

本文展示了基于中红外量子级联激光器的自由空间通信。该系统的基本单元由一个室温下连续工作的分布反馈量子级联激光器和一个中红外探测器组成,通过该系统成功地进行了40MHz正弦波信号和载波为30MHz的调幅视频信号的传输。本研究提供了量子级联激光器用于自由空间光通信的概念性的验证。系统的最高通信频率受限于调制电路带宽,通过使用改进后的调制电路可以大大提升该通信系统的性能。     

太赫兹量子级联激光器有源区有限元模拟

采用有限元分析法解决了太赫兹量子级联激光器(THz QCL)有源区模拟问题。由于InP基差频THz QCL有源区为千层纳米结构,无法拆分实验探索,因此模拟分析显得尤为必要。首先列出有源区量子结构的薛定谔方程,而后采用Galerkin有限元法改写薛定谔方程,再根据连续性和边界条件,得到本征值矩阵方程,最后采用Matlab写出运算程序求解本征值矩阵方程,求出波函数。针对不同有源区量子结构,设定材料、组分、厚度和周期数及外加偏压等参数,即可得到波函数模方、能级、频率和波长等模拟结果。选取InP基差频THz QCL结构进行验证,结果表明此模型切实可行,其拓展应用也可以解决GaAs THz QCL模拟问题。     

基于频率补偿的窄脉冲量子级联激光器快速驱动技术

脉冲量子级联激光器(QCL)因自热效应会导致谱线展宽,故需极短的电流脉冲驱动。理论极限线宽所需的脉宽为5~15 ns,但由于环路寄生参数的影响,窄脉冲会引起信号过冲或振荡,因此目前商用的QCL驱动器无法满足这个要求。为获得更理想的激光器线宽,在常规脉冲恒流电路的基础上,采用频率补偿的方法来消除过冲和振荡,并设计了一款稳定的纳秒级激光器驱动电路。实验结果显示该驱动装置实现了峰值电流0~2 A、脉宽8.4~200 ns、上升时间4 ns、过冲1%的脉冲电流输出。使用中国科学院半导体研究所研制的波长4.6m激光器和傅里叶变换光谱仪进行测试,当驱动脉宽由100 ns减小到10 ns时,激光器线宽由0.35 cm-1线性递减到0.12 cm-1。综合验证表明,所设计的驱动装置实现了稳定的窄脉冲电流输出,尤其适用于量子级联激光器的窄线宽驱动及应用。     

脉冲式DFB中红外量子级联激光器的气体检测系统

采用了脉冲式中红外分布反馈(DFB)量子级联激光器(QCL),其可调工作波长范围为1 248～1257 cm-1.在2.6 cm-1的可调光谱范围内,通过每个温度下的硫化氢光谱来描述QCL系统的温度调谐特性.利用所采集的标准具信号来校准频率,解析信号特性可得出系统的分辨率.采用直接光谱吸收技术,并结合系统中多反腔所提供...     

Analysis of surface emitting distributed-feedback quantum cascade laser based on a surface-plasmon waveguide

An analysis of a surface emitting distributed-feedback quantum cascade laser(DFB QCL) based on a surface-plasmon waveguide is presented.The second-order grating realized by the sole patterning of the top metal provides strong feedback.The analysis is based on a coupled-mode theory derived from exact Floquet-Bloch solutions of the infinite periodic structure.The surface outcoupling efficiency and threshold gain for the optimized device design are 43%and 12 cm~(-1),respectively,which represent great improv...