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。     

量子级联激光器噪声特性的电路模拟

对文献报道的量子级联激光器的速率方程组进行简化,并引入Langevin噪声源,在单模与线性增益的情况下对速率方程进行了小信号处理,在此基础上构建了激光器的小信号电路模型,spice仿真结果表明激光器的噪声频谱的3-dB截止频率随光功率增加而增加,而噪声强度则随光功率增加而减少,当光功率很大时,它们都趋向于饱和值,得到的...     

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...     

高效率量子级联激光器

由于宽带宽光通信和光记录应用的需求,二极管激光器的商业用途在过去十年中极大地提高。电子和空穴被电力射入激活区,以发射光子复合,激光波长基本由激活区的带隙决定。这些激光器在光谱的近红外(08～16μｍ)和可见光区(包括蓝光)达到高效率。但由于缺乏合适的高质量小带隙半导体,它在中红外光谱带(2～20μｍ)有严重缺陷。与现在广泛用于通信和消费电子器件的短波长材料(ＡｌＧａＡｓ/ＧａＡｓ,ＩｎＰ/ＧａＩｎＡｓＰ)相比,这些材料(如铅盐)一般不够耐用,难于处理,可靠性较低。中红外光谱(图1)称作“分子足迹区”,该区气体有与分子振动相关…     

中红外量子级联激光器的光子集成（特邀）

中红外光子集成芯片在环保监测、医疗诊断和国防安全等领域具有广泛的应用前景,但激光光源与无源波导光路的片上集成仍是中红外集成光学需要攻克的关键难题之一。量子级联激光器（QCL）是中红外波段的重要半导体激光光源,文中介绍了近几年中红外QCL在光子集成方面的研究进展,包括InP基单片集成、硅基单片集成、硅基异质键合集成和III-V/锗混合外腔激光器。     

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。     

中红外量子级联激光器的发射光谱测量

基于FTIR光谱仪建立了中红外半导体激光器发射光谱测量系统,并引入双调制技术改善了系统的性能。用此系统对中红外波段量子级联激光器的激射特性进行了测量,对有关测量结果进行了分析,并对系统应用中的有关问题进行了讨论。     

量子级联激光器热仿真与分析

针对大功率量子级联激光器对高散热能力的迫切需求,文章通过有限元法建立了常见器件结构的二维散热模型。在设置的热沉温度为293 K、波长为8.3μm、波导宽为8μm、发热功率为12.4 W的器件模型中,研究了不同器件散热结构和封装结构对量子级联激光器的温度及热通量分布的影响,进而评价器件的散热能力。结果表明,正焊无电镀金双沟道脊器件、正焊有电镀金双沟道脊器件和倒焊器件的最高温度分别为546,409和362 K。在掩埋异质结器件中,正焊无电镀金器件、正焊有电镀金器件、倒焊器件的最高温度分别为404,401和361 K。与使用铜底座相比,使用金刚石底座的掩埋异质结倒焊器件有源区的最高温度为355 K。对模型热通量分布进行了分析,发现掩埋异质结器件的热量分布更加均匀,有源区温度更低,这表明掩埋异质结更适合高功率器件。     

中红外可调谐量子级联激光器研究进展

量子级联激光器(QCL)是中红外波段重要的激光光源,其中,可调谐中红外量子级联激光器具有单纵模、频率可调谐的优点,成为目前研究的热点。可调谐中红外量子级联激光器主要通过分布反馈(DFB)光栅、分布布拉格反射(DBR)光栅、外腔衍射光栅等方法实现。本文介绍了中红外量子级联激光器的基本原理,分别归纳、总结了近年来DFB、DBR可调谐量子级联激光器以及外腔可调谐量子级联激光器的研究进展,讨论了各种可调谐方法的优缺点。最后,对可调谐量子级联激光器的发展趋势进行了展望。     

量子级联半导体激光器

日本东北大学电气通信研究所研制成功了一种由砷化铟和锡化铝构成的新型量子级联半导体激光器。通过实验证实 ,该激光器在 9 94μm发红外激光。用砷化铟使该种激光器成功振荡在世界上尚属首次。量子级联激光器的原理是将很多所谓级联的发光层以阶梯式连结 ,根据结构确定振荡波长。该激光器将用于监测对环境污染的气体。 (No .1 1 )量子级联半导体激光器     

量子级联激光器的一种新的等效电路模型

采用电路建模方法,通过分析量子级联激光器（QCL,quantum cascade laser）中电子在子能带间跃迁机理和量子阱间的输运特性得到其二层级电子速率方程和光子速率方程,以此建立QCL的等效电路模型。电路模型的建立使得对QCL特性可以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。...     

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。     

基于偏振调节的太赫兹量子级联激光器双光梳研究

太赫兹量子级联激光器（THz QCL）双光梳在光谱检测、测距、成像等领域具有重要应用。双光梳信号严重依赖THz耦合光功率。利用THz QCL激射光为线偏振光的特性,在双光梳光路上插入线偏振片,通过旋转偏振片以达到对THz光强进行调节的作用。系统研究了THz QCL双光梳谱和功率与偏振角度的依赖关系,为实现高稳定THz双光梳光源与应用奠定基础。     

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.     

太赫兹量子级联激光器中的光电调控：综述

太赫兹量子级联激光器作为目前产生太赫兹激光的最有效手段之一,如何提升其性能表现一直是科学界所关注的重点。本篇综述将从光电调控的角度,阐述目前太赫兹量子级联激光器的性能进展。从激光器有源区设计原理开始,介绍几种新的有源区设计,再从谐振腔的角度介绍一系列新的结构,并展示他们对于功率和光束质量的提升。最后,阐述了太赫兹量子级联激光器在偏振调控和频率调谐的最新进展。     

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。     

宽谱太赫兹量子级联激光器的自混合特性

基于传输矩阵理论及多模速率方程,研究了宽谱太赫兹量子级联激光器在不同光反馈强度下的自混合动力学特性.研究发现,在弱反馈下光场自混合对激光器光谱特性影响很小;反射物位置移动时的自混合信号呈正弦规律变化,同时自混合信号幅度随反射物位置的变化表现出周期性调制现象.宽谱量子级联激光器在弱反馈下可以应用于测距、成像及光谱测量.在...     

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。     

Intervalley scattering in GaAs/AlGaAs quantum wells and quantum cascade lasers

The results of simulations of Γ−X scattering in GaAs/AlGaAs quantum wells are presented, discussing the importance of the mole fraction, doping density, and lattice and electron temperatures in determining the scattering rates. A systematic study of Γ−X scattering in GaAs/Al_xGa_1−xAs heterostructures, using a single quantum well to determine the importance of well width, molar concentration x, lattice temperature, and doping density, has been performed. After this we consider a double quantum well to determine the role of intervalley scattering in the transport through single-layer heterostructures, i.e. Γ−X−Γ scattering compared with Γ−Γ scattering. Finally, we estimate the relative importance of intervalley scattering in a GaAs-based quantum-cascade laser device and compare it with other relevant scattering mechanisms important to describe carrier dynamics in the structure. Our simulations suggest that Γ−X scattering can be significant at room temperature but falls off rapidly at lower temperatures.     

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。