基于电路建模的THz量子级联激光器稳态性能分析
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祁昶(1978-),女,湖北武汉人,博士,讲 师,主要研究方向为集成电路CAD,一直从事集成电路互连线及器件的 建模和优化设计研究、集成电路光器件的建模研究和现场总线通信和智能控制系统的设计和 开发.

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国家自然科学基金(61106067,51107089,61006080,41274047)资助项目 (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)


Steady state characteristics for terahertz quantum cascade la sers based on a circuit-level model
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    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。

    Abstract:

    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.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

祁昶,石新智,叶双莉,江金光.基于电路建模的THz量子级联激光器稳态性能分析[J].光电子激光,2013,(11):2106~2110

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  • 收稿日期:2013-04-12
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