共振声子太赫兹量子级联激光器研究

针对四阱有源区、一阱注入区及三阱有源设计,采用蒙特卡洛模拟方法研究了共振声子太赫兹量子级联激光器的性能差异。采用傅里叶变换光谱仪及远红外探测器测量了四阱共振声子太赫兹量子级联激光器的低温电光特性。详细讨论了提高太赫兹量子级联激光器发射功率的方案。     

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。     

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...     

低阈值连续波工作的2.9 THz量子级联激光器

为了获得低阈值连续波工作太赫兹源,采用固源分子束外延技术生长了GaAs/AlGaAs束缚态向连续态跃迁的太赫兹量子级联激光器(QCL)有源区,基于半绝缘-等离子体波导工艺制作了太赫兹量子级联激光器。获得了激光器(腔面未镀高反射膜)的发射光谱和相应的输出特性等性能,其中器件在10 K工作温度、350 mA激励电流下的中心频率为2.93 THz,连续波工作模式的阈值电流密度为156 A/cm2,器件的最大光输出功率为7.84 mW,最高工作温度为62 K。     

共振声子辅助的太赫兹量子级联激光器中杂质散射的蒙特卡洛模拟

通过蒙特卡洛方法研究了基于共振声子散射的太赫兹量子级联激光器中杂质散射对激光器性能的影响.使用单子带静态屏蔽模型来处理电子与杂质的散射过程.发现电子与杂质的散射为电子在有源区中的注入和抽取过程提供了另外一个通道.这一过程可以影响电子在不同子带的占据数以及器件的电流.所以,在考虑基于共振声子散射的太赫兹量子级联激光器中的电子输运过程时,需要包含电子与杂质的散射过程.     

Monte Carlo Simulation of Impurity Scattering Effect in Resonant-Phonon-Assisted Terahertz Quantum-Cascade Lasers

通过蒙特卡洛方法研究了基于共振声子散射的太赫兹量子级联激光器中杂质散射对激光器性能的影响.使用单子带静态屏蔽模型来处理电子与杂质的散射过程.发现电子与杂质的散射为电子在有源区中的注入和抽取过程提供了另外一个通道.这一过程可以影响电子在不同子带的占据数以及器件的电流.所以,在考虑基于共振声子散射的太赫兹量子级联激光器中的电子输运过程时,需要包含电子与杂质的散射过程.     

太赫兹量子级联激光器与量子阱探测器研究进展（特邀）

太赫兹量子级联激光器和太赫兹量子阱探测器都是基于子带间电子跃迁的半导体器件,具有体积小、频率可调、响应速度快等优点。其工作波长位于微波波长和红外波长之间,其光谱涵盖了众多气体分子、化合物以及凝聚态物质的频谱特征,在天文观测、公共安全、生物医药等领域中有重大应用前景。近年来,太赫兹量子级联激光器和太赫兹量子阱探测器的性能有了显著提高,其应用也受到关注。回顾了太赫兹量子级联激光器和量子阱探测器的发展历程,简述了其工作原理和器件结构,介绍了器件性能在工作温度、光谱范围等方面的最新进展及其在高分辨光谱、太赫兹成像、无线宽带通信等方面的应用,并在此基础上分析了目前存在的问题和研究热点,对其未来发展进行了展望。     

共振声子辅助的太赫兹量子级联激光器中杂质散射的蒙特卡洛模拟

通过蒙特卡洛方法研究了基于共振声子散射的太赫兹量子级联激光器中杂质散射对激光器性能的影响.使用单子带静态屏蔽模型来处理电子与杂质的散射过程.发现电子与杂质的散射为电子在有源区中的注入和抽取过程提供了另外一个通道.这一过程可以影响电子在不同子带的占据数以及器件的电流.所以,在考虑基于共振声子散射的太赫兹量子级联激光器中的电子输运过程时,需要包含电子与杂质的散射过程.     

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。     

中红外量子级联激光器的研究进展

以不同结构类型的有源区为主线,如三阱垂直跃迁有源区、超晶格有源区、应变补偿量子阱有源区、束缚-连续跃迁有源区和四阱双声子共振有源区等,介绍了半导体能带工程在量子级联激光器中的应用。以不同技术指标和特性参数为主要内容,如激射波长、阈值电流密度、工作温度和输出功率等,评述了量子级联激光器在近3～5年内的研究进展。提出了进一步改善器件性能的可能途径,并指出了其今后研究的新方向。     

量子级联激光器的原理及研究进展

量子级联激光器的发明是半导体激光器领域里程碑的发展,开创了中远红外半导体激光的新领域,在红外对抗、毒品和爆炸物检测、环境污染监测、太赫兹成像等方向有广泛的应用前景.本文阐述了量子级联激光器的基本原理、以及材料和器件的研究,结合应用方向对其研究进展进行了综述性介绍.     

太赫兹波的几个基本问题

介绍了用于加工太赫兹波元件的微机械加工技术(铣削、放电加工、电铸、湿法腐蚀Si、干法腐蚀Si、厚光刻胶:SU-8和LIGA)及其最新结果。重点描述了应用于太赫兹波的器件和集成电路,如将可用于太赫兹波的各种新颖二极管、半导体纳米器件、新的高电子迁移率晶体管、毫米波集成电路、量子器件、红外器件、量子级联激光器(单极级间跃迁激光器)。基于带间跃迁量子机理的半导体器件(譬如量子级联激光器)的频率极限高于与半导体能带隙相关器件的频率,其大多数体半导体的频率可以达到10THz以上。但是,基于经典的电子扩散传输机理的二极管、三极管的高频极限则受限于渡越时间和寄生参数RC时间常数。     

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。     

High-Performance Growth of Terahertz Quantum Cascade Laser Structures by Solid Source MBE

Semiconductors - High performance growth of terahertz quantum cascade lasers (THz QCLs) based on hybrid bound-to-continuum transition and resonant phonon extraction is presented by solid source...     

太赫兹二级分布反馈量子级联激光器中的模式竞争与功率特性

结合实验和理论计算研究了太赫兹二级分布反馈量子级联激光器中的模式竞争和功率特性.研究表明,激光器在整个动力学范围内均稳定地工作在横向及纵向的基模.横向基模的产生原因是脊条两侧的吸收边界有效提高了高阶横模的损耗.纵向基模的产生原因主要是谐振腔内基模与高阶纵模的电磁场分布交叠较大,并且频率接近,从而有效避免了增益在空间和频域的烧孔效应.此外,激光器的辐射效率随分布反馈光栅长度的增加而减小,导致只有在特定的光栅长度才能获得最大的输出功率.该工作有助于高性能单模太赫兹激光器及锁相激光器阵列的研制.     

At the Dawn of a New Era in Terahertz Technology

The National Institute of Information and Communications Technology (NICT, Japan) started the Terahertz Project in April 2006. Its fundamental purpose in the next five years is to enable a nationwide technical infrastructure to be created for diverse applications of terahertz technology. The technical infrastructure includes the development of semiconductor devices such as terahertz quantum cascade lasers, terahertz-range quantum well photodetectors, and high-precision tunable continuous wave sources. It also includes pulsed terahertz measurement systems, modeling and measurement of atmospheric propagation, and the establishment of a framework to construct a materials database in the terahertz range including standardization of the measurement protocol. These are common technical infrastructure even in any terahertz systems. In this article, we report the current status of developments in these fields such as terahertz quantum cascade lasers (THz-QCLs) (with peak power of 30 mW, 3.1 THz), terahertz-range quantum well photodetectors (THz-QWPs) (tuned at 3 THz) an ultrawideband terahertz time domain spectroscopy (THz-TDS) system (with measurement range of from 0.1 to 15 THz), an example of a database for materials of fine art, and results obtained from measuring atmospheric propagation.     

λ～3μm短波长中红外量子级联激光器的发展及最新研究成果

量子级联激光器是一种基于子带间电子跃迁的新型单极光源.随着量子级联技术的发展,短波量子级联激光器的发展尤为重要.文章简单地介绍了最近新发展的短波量子级联激光器全新的工作原理、结构设计思想以及它所固有的特点,对其研究现状进行了简略总结,同时对其未来的发展作出展望.     

Self-consistent scattering model of carrier dynamics in GaAs-AlGaAs terahertz quantum-cascade lasers

Intersubband electron scattering transport in terahertz GaAs-AlGaAs quantum cascade lasers is analyzed, using a full 13-level self-consistent rate equation model. The approach includes all relevant scattering mechanisms between injector-collector and active region states in the cascade structures. Employing an energy balance equation which includes the influence of both electron longitudinal optical phonon and electron-electron scattering, the method also enables evaluation of the average electron temperature of the nonequilibrium carrier distributions in the device. The electron temperature is found to give a strong influence on the output characteristics, particularly at very low temperatures. The threshold currents and electric field-current density characteristics are in very good agreement with experiment, implying that the model has a strong predictive capability.