基于电路建模的THz量子级联激光器稳态性能分析  被引量:2

Steady state characteristics for terahertz quantum cascade lasers based on a circuit-level model

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作  者:祁昶[1] 石新智[1] 叶双莉[1] 江金光[2] 

机构地区:[1]武汉大学微电子与信息技术研究院,湖北武汉430079 [2]武汉大学卫星导航定位技术研究中心,湖北武汉430079

出  处:《光电子.激光》2013年第11期2106-2110,共5页Journal of Optoelectronics·Laser

基  金:国家自然科学基金(61106067;51107089;61006080;41274047)资助项目

摘  要: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。In this paper,an equivalent circuit model of terahertz quantum casca de lasers (THz QCLs) is introduced by the revised three-level rate equations.This model account s for the influence of lattice temperature on steady characteristics of THz QCLs.Both the photon gain coefficient and the injection current efficiency depend on the lattice temperature in this model.The nonradiative scattering tim e,radiative spontaneous relaxation time and electron escape time are obtained by a self-consistent scheme.The mod el enables the analysis of the steady characteristics of THz QCL using general circuit analysis software,which overcomes the shortcomings of complex and long simulation time of numerical analysis method.Based on this new model,the steady characteristics of a 3.9THz device with lattice temperature in the range of 10-180K are investigated by using a circuit simulator (PSPICE).Results indicate that the model is practical and acc urate for THz QCL simulation study.

关 键 词:速率方程 太赫兹(THz)量子级联激光器(QCL) 等效电路模型 模拟分析 

分 类 号:TN248.4[电子电信—物理电子学]

 

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