兼顧增益與折射率變化的低偏振量子點(diǎn)材料研究 全文替換
發(fā)布時(shí)間：2021-08-24 19:14
對(duì)比分析了InGaAs/InGaAsP柱狀量子點(diǎn)材料TE模和TM模增益譜及其折射率變化譜隨點(diǎn)區(qū)材料組分、壘區(qū)材料組分和量子點(diǎn)高寬比的變化特性,并剖析了其中的物理機(jī)理。進(jìn)一步聯(lián)合考慮點(diǎn)區(qū)和壘區(qū)組分變化對(duì)兼顧增益與折射率變化以及偏振相關(guān)性的影響,提出了一種多參數(shù)調(diào)配方法,并據(jù)此設(shè)計(jì)出在1 550nm通信波段（1 540～1 560nm）內(nèi)兼顧增益與折射率變化的低偏振量子點(diǎn)材料In0.97Ga0.03As/In0.76Ga0.24As0.52P0.48。最后通過(guò)分析,選定合適的工作載流子濃度。當(dāng)載流子濃度為0.6×1024 m-3時(shí),TE模和TM模的3dB譜寬交疊區(qū)面積分別為8.66×103和7.55×103nm/cm,增益和折射率變化的偏振相關(guān)性分別在3%和10%以內(nèi)。研究結(jié)果有助于未來(lái)全光網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵器件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
【文章來(lái)源】：半導(dǎo)體光電. 2020,41(03)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)
【部分圖文】：
垂直堆疊圓柱狀量子點(diǎn)模型
圖2(a）和圖2(b）分別為不同點(diǎn)區(qū)Ga組分時(shí)，量子點(diǎn)材料TE模和TM模的增益譜及折射率變化譜。其中，點(diǎn)區(qū)材料為In1-xGaxAs,Ga組分x順著圖中箭頭方向依次取0,0.05,0.10,0.15，壘區(qū)材料為In0.73Ga0.27As0.585P0.415，且與襯底InP晶格匹配。圓柱狀量子點(diǎn)分布均勻，點(diǎn)密度為3.7×1022 m-3，底面直徑d=10nm，高度l=8nm，相應(yīng)的高寬比η=l/d=0.8。載流子濃度為1×1024 m-3，工作溫度為298K。由圖2可以看出，隨著點(diǎn)區(qū)Ga組分的增加，TE模和TM模增益譜及折射率變化譜均向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)且峰值減小，同時(shí)譜線寬度均減小。下面結(jié)合圖3進(jìn)行解釋。圖3(a）是帶邊能量和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)隨點(diǎn)區(qū)Ga組分的變化圖，能量以價(jià)帶頂為零點(diǎn)�？梢�(jiàn)，隨著點(diǎn)區(qū)Ga組分的增大，導(dǎo)帶的帶邊能量上升幅度大于價(jià)帶，禁帶寬度增大，以致帶邊躍遷能量增大，故譜線向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)。圖3(b）是相應(yīng)的增益譜寬能量范圍隨點(diǎn)區(qū)Ga組分的變化圖�？梢�(jiàn)，隨著點(diǎn)區(qū)Ga組分的增大，滿足粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件的能量范圍減小。這是因?yàn)樵诮麕挾仍龃蟮耐瑫r(shí)，導(dǎo)帶準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)和價(jià)帶準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的差值EFc-EFv基本不變。譜寬能量范圍的減小使得譜線寬度減小。同時(shí)，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度的相對(duì)減弱，導(dǎo)致增益和折射率變化峰值減小。
圖3(a）是帶邊能量和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)隨點(diǎn)區(qū)Ga組分的變化圖，能量以價(jià)帶頂為零點(diǎn)�？梢�(jiàn)，隨著點(diǎn)區(qū)Ga組分的增大，導(dǎo)帶的帶邊能量上升幅度大于價(jià)帶，禁帶寬度增大，以致帶邊躍遷能量增大，故譜線向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)。圖3(b）是相應(yīng)的增益譜寬能量范圍隨點(diǎn)區(qū)Ga組分的變化圖�？梢�(jiàn)，隨著點(diǎn)區(qū)Ga組分的增大，滿足粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件的能量范圍減小。這是因?yàn)樵诮麕挾仍龃蟮耐瑫r(shí)，導(dǎo)帶準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)和價(jià)帶準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的差值EFc-EFv基本不變。譜寬能量范圍的減小使得譜線寬度減小。同時(shí)，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度的相對(duì)減弱，導(dǎo)致增益和折射率變化峰值減小。取TE模和TM模增益譜及折射率變化譜（折射率變化取絕對(duì)值）各自峰值的一半（即峰值以下3dB）作為閾值進(jìn)行分析。圖4是點(diǎn)區(qū)Ga組分為0.05時(shí)，閾值以上的增益譜與折射率變化譜�？梢�(jiàn)，增益峰值點(diǎn)與折射率變化峰值點(diǎn)是錯(cuò)開(kāi)的；同時(shí)，TE模和TM模增益譜及折射率變化譜的幅值相差較大，即存在較大的偏振相關(guān)性。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]兼顧量子阱材料增益與折射率變化的研究[J]. 繆慶元,何秀貞. 光學(xué)與光電技術(shù). 2017(02)
本文編號(hào)：3360561
【文章來(lái)源】：半導(dǎo)體光電. 2020,41(03)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)
【部分圖文】：
垂直堆疊圓柱狀量子點(diǎn)模型
圖2(a）和圖2(b）分別為不同點(diǎn)區(qū)Ga組分時(shí)，量子點(diǎn)材料TE模和TM模的增益譜及折射率變化譜。其中，點(diǎn)區(qū)材料為In1-xGaxAs,Ga組分x順著圖中箭頭方向依次取0,0.05,0.10,0.15，壘區(qū)材料為In0.73Ga0.27As0.585P0.415，且與襯底InP晶格匹配。圓柱狀量子點(diǎn)分布均勻，點(diǎn)密度為3.7×1022 m-3，底面直徑d=10nm，高度l=8nm，相應(yīng)的高寬比η=l/d=0.8。載流子濃度為1×1024 m-3，工作溫度為298K。由圖2可以看出，隨著點(diǎn)區(qū)Ga組分的增加，TE模和TM模增益譜及折射率變化譜均向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)且峰值減小，同時(shí)譜線寬度均減小。下面結(jié)合圖3進(jìn)行解釋。圖3(a）是帶邊能量和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)隨點(diǎn)區(qū)Ga組分的變化圖，能量以價(jià)帶頂為零點(diǎn)�？梢�(jiàn)，隨著點(diǎn)區(qū)Ga組分的增大，導(dǎo)帶的帶邊能量上升幅度大于價(jià)帶，禁帶寬度增大，以致帶邊躍遷能量增大，故譜線向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)。圖3(b）是相應(yīng)的增益譜寬能量范圍隨點(diǎn)區(qū)Ga組分的變化圖�？梢�(jiàn)，隨著點(diǎn)區(qū)Ga組分的增大，滿足粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件的能量范圍減小。這是因?yàn)樵诮麕挾仍龃蟮耐瑫r(shí)，導(dǎo)帶準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)和價(jià)帶準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的差值EFc-EFv基本不變。譜寬能量范圍的減小使得譜線寬度減小。同時(shí)，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度的相對(duì)減弱，導(dǎo)致增益和折射率變化峰值減小。
圖3(a）是帶邊能量和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)隨點(diǎn)區(qū)Ga組分的變化圖，能量以價(jià)帶頂為零點(diǎn)�？梢�(jiàn)，隨著點(diǎn)區(qū)Ga組分的增大，導(dǎo)帶的帶邊能量上升幅度大于價(jià)帶，禁帶寬度增大，以致帶邊躍遷能量增大，故譜線向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)。圖3(b）是相應(yīng)的增益譜寬能量范圍隨點(diǎn)區(qū)Ga組分的變化圖�？梢�(jiàn)，隨著點(diǎn)區(qū)Ga組分的增大，滿足粒子數(shù)反轉(zhuǎn)條件的能量范圍減小。這是因?yàn)樵诮麕挾仍龃蟮耐瑫r(shí)，導(dǎo)帶準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)和價(jià)帶準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)的差值EFc-EFv基本不變。譜寬能量范圍的減小使得譜線寬度減小。同時(shí)，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)程度的相對(duì)減弱，導(dǎo)致增益和折射率變化峰值減小。取TE模和TM模增益譜及折射率變化譜（折射率變化取絕對(duì)值）各自峰值的一半（即峰值以下3dB）作為閾值進(jìn)行分析。圖4是點(diǎn)區(qū)Ga組分為0.05時(shí)，閾值以上的增益譜與折射率變化譜�？梢�(jiàn)，增益峰值點(diǎn)與折射率變化峰值點(diǎn)是錯(cuò)開(kāi)的；同時(shí)，TE模和TM模增益譜及折射率變化譜的幅值相差較大，即存在較大的偏振相關(guān)性。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]兼顧量子阱材料增益與折射率變化的研究[J]. 繆慶元,何秀貞. 光學(xué)與光電技術(shù). 2017(02)
本文編號(hào)：3360561
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