Quantum Cascade Lasers: Electrothermal Simulation
中红外量子级联激光器的多尺度模拟。出现在光电子器件建模与仿真手册中，Taylor和Francis Books，2017年。编辑：Joachim Piprek.
2016-09-28 cond-mat.mes-hall
Negative free carrier absorption in terahertz quantum cascade lasers
我们分析了由LO声子吸收辅助跃迁引起的自由载流子吸收变为负值，从而成为量子级联激光器增益源的特殊情况。当电子温度和晶格温度之比大于1时，这种额外的增益源就存在了，这是量子级联激光器中通常满足的条件。我们发现在200 K时有几cm $^{-1}$的增益。报道了一种工作在负自由载流子吸收区的太赫兹量子级联激光器。
2016-11-28 cond-mat.mes-hall
Nanowire terahertz quantum cascade lasers
提出了一种利用纳米线轴向异质结制作量子级联激光器的方法。利用非平衡格林函数理论研究了它们载流子的耗散量子动力学。它们的传输和增益特性计算不同的纳米线厚度，从经典线制度的量子线制度。我们的计算表明，由纳米线提供的横向量子限制允许的最高工作温度的增加和电流密度阈值的大幅降低相比，传统的太赫兹量子级联激光器。
2014-10-07 cond-mat.mes-hall
Sequential resonant tunneling in quantum cascade lasers
考虑到明确的弹性散射的二维子带之间的顺序共振隧穿输运模型进行了研究。它是比较量子级联激光器的共振隧穿过程中进行的运输测量是已知的占主导地位。在很大的电流，温度和器件结构范围内，实验和理论之间的良好协议。
2008-10-01 cond-mat.mes-hall
Theory of Current Noise and Photon Noise in Quantum Cascade Lasers
本文提出了量子级联激光器中光子数涨落和电流噪声的综合模型。结果表明，量子级联激光器中的光子强度噪声表现出很小的振幅压缩，即使在驱动电流中的噪声被抑制到低于散粒噪声值。这与带间半导体二极管激光器形成对比，在带间半导体二极管激光器中，通过对驱动电流中的波动的高阻抗抑制，激光强度噪声可以被压缩到远低于散粒噪声极限。本文提出的理论模型自洽地解释了由于各种电子关联对多量子阱结构中电子输运电流噪声的抑制。这些电子相关性的性质进行了讨论。阐明了子带间激光器中光子数压缩减小的机理。还描述了激光强度噪声和电流噪声与级联增益级的数量的缩放。研究了量子级联激光器的直流调制响应，结果表明，与文献中对这些激光器的太赫兹调制带宽的预测相反，文献中报道的几乎所有量子级联激光器的带宽都受到激光腔内光子寿命倒数的限制，只有几十GHz.
2001-08-14 cond-mat.mes-hall
Optimization of quantum cascade laser operation by geometric design of cascade active band in open and closed models
利用有效质量近似和矩形势近似，在开放纳米系统模型下，建立了置于恒定电场中的平面多层共振隧道结构的电子动态电导率理论，在封闭纳米系统模型下，建立了量子跃迁的振子力理论.对于实验上制备的四势垒分立级联量子级联激光器，证明了只有开级联模型中的动态电导率理论才能充分描述电子在恒定电场驱动下通过共振隧道结构输运时高频电磁场的辐射。
2013-09-25 cond-mat.mes-hall
Gain and Loss in Quantum Cascade Lasers
本文采用基于非平衡格林函数理论的完全自洽量子力学方法计算了量子级联激光器的增益。在T= 77K时，增益的绝对值和阈值处的光谱位置都与实验结果非常一致。增益随温度的升高而急剧下降。
2001-09-18 cond-mat.mes-hall
Quantum-mechanical wavepacket transport in quantum cascade laser structures
我们提出了量子级联激光器结构中的输运过程的观点，其中电荷通过结构的空间输运是相干量子力学波函数的性质。相反，散射过程重新分配粒子的能量和动量，但不直接导致电荷的空间运动。
2006-05-15 cond-mat.mes-hall
Temperature dependence of the gain profile for THz quantum cascade lasers
研究了共振声子太赫兹量子级联激光器的峰值增益随温度的快速下降。各种微观散射过程的增益分布作为温度的函数的影响进行了讨论。我们认为，主要是由于增加杂质散射，而不是减少粒子数反转，增加的加宽，是峰值增益降低的主要原因。
2008-02-19 cond-mat.mes-hall
Theoretical analysis of spectral gain in a THz quantum cascade laser: prospects for gain at 1 THz
在最近的一封信[应用物理快报。82，1015（2003）]，Williams等人报道了在3.4THz或14.2meV下操作的太赫兹量子级联激光器的开发。我们已经计算和分析了量子级联结构的增益谱，除了在报道的激光能量~= 14 meV处获得增益外，我们还发现了在约5 meV或略高于1 THz的低得多的能量处的实质性增益。这表明了在这种较低能量下开发太赫兹激光器或双色太赫兹激光器的途径。
2003-08-25 cond-mat.mes-hall
Orthonormal and periodic levels for Quantum Cascade Laser simulation
本文提出了一个Python软件包，用于计算量子级联激光器的Wannier、Wannier-Stark和EZ能级，并重点阐述了生成态的正交归一性与周期性理论。
2024-08-13 cond-mat.mes-hall
Magnetic field induced luminescence spectra in a quantum cascade laser
本文研究了在与电子面垂直的方向倾斜的外加磁场作用下量子级联激光器的发光光谱。倾斜场的作用是允许新的光学跃迁，因为子带间回旋能量的耦合。我们发现，通过调节外加场，可以得到不同能量的光学跃迁，这些跃迁与零场跃迁一样尖锐。
2000-08-25 cond-mat.mes-hall
Comparative analysis of resonant phonon THz quantum cascade lasers
本文采用系综蒙特卡罗模拟，对一组基于光子-光学声子散射的GaAs基THz量子级联激光器进行了比较分析，包括载流子-载流子散射和载流子-声子散射。模拟表明，寄生注入到低于上激光能级的状态限制了注入效率，从而限制了激光阈值处的器件性能。确定了发挥重要作用的其他有害影响。模拟结果与实验结果吻合较好。
2011-03-14 cond-mat.mes-hall
Coherence and Spatial Resolution of Transport in Quantum Cascade Lasers
非平衡格林函数方法可以对量子级联激光器中的电子流进行空间和能量分辨。虽然散射不改变载流子的空间位置，但电荷的整个空间演化可归因于通过复波函数的相干输运。我们讨论了输运模型的层次结构，并从非平衡格林函数方法出发，导出了密度矩阵方程和跳跃模型。
2007-06-28 cond-mat.mes-hall
Fingerprints of spatial charge transfer in Quantum Cascade Lasers
我们表明，量子级联激光器的中红外透射光谱提供了清晰的信息，在不同的偏压下的电荷位置的变化。对$λ\sim$ 7.4 $μ$ mInGaAs/AlInAs/InP量子级联激光器的增益/吸收谱的演化进行了理论模拟，并与实验结果进行了比较。电子在有源区中的基态和注入器中的状态之间的转移与离散子带间吸收峰的减少和宽的高能量吸收朝向势垒上方的连续离域态的增加携手进行。
2007-08-09 cond-mat.mes-hall
Luminescence Spectra of a Quantum-Dot Cascade Laser
在量子级联激光器中，有源区中的量子阱被具有类似原子的离散能级的量子点所取代，这是一个有趣的系统，用于研究光谱学中的新特性。我们研究的结构，适合在耦合点的对角激光跃迁，和垂直激光跃迁在一个单一的点，在激光器件的有源区。作为电子数和量子点尺寸的函数的发光光谱表明，对于对角跃迁，可以通过增加量子点中的电子布居以及通过减小量子点的尺寸来实现发射光谱中的显著量的蓝移。
2000-09-02 cond-mat.mes-hall
Influence of disorder and a parallel magnetic field on a Quantum Cascade Laser
强磁场中量子级联激光器的发光光谱受系统中无序（带电或中性）的影响很大。外加平行于电子面的磁场，在无无序势时，使发光峰发生红移。我们的结果表明，无序势趋于抵消这种红移，并导致发光峰的迅速下降。在最近的平行磁场中的QCL实验中观察到了类似的行为。
2000-09-02 cond-mat.mes-hall
Intersubband transition engineering in the conduction band of asymmetric coupled Ge/SiGe quantum wells
n型Ge/SiGe非对称耦合量子阱代表了各种纳米级量子器件的构建块，包括最近提出的硅基太赫兹量子级联激光器的设计。在本文中，我们结合结构和光谱实验上的20个模块的上层结构，每个具有两个Ge井耦合通过富锗隧道势垒，作为设计的几何参数和P掺杂浓度的函数。通过太赫兹光谱数据与子带间光吸收共振的数值计算的比较，我们证明了通过设计来调节异质结构导带中量子限制子带的能量和空间重叠是可能的。样品的高结构/界面质量和子带杂化上实现的控制是朝向工作电泵浦发光器件的有希望的起点。
2020-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Contrasting influence of charged impurities on transport and gain in terahertz quantum cascade lasers
利用非平衡格林函数计算了共振声子太赫兹量子级联激光器的输运和增益特性。杂质散射被证明是负责对比在运输和增益特性的非线性效应。对于典型的掺杂浓度，电流密度被发现是弱敏感的杂质散射强度。与此相反，计算的增益被发现是非常敏感的杂质散射强度。这种差异归因于带电杂质的长程耦合的强动量依赖性。小动量杂质散射被证明是负责共振隧穿过程的非相干制度。这些新的见解杂质散射的关键作用打开了一个新的路线，改善太赫兹量子级联激光器的掺杂分布的工程。
2015-10-29 cond-mat.mes-hall
Modeling quantum cascade lasers: Coupled electron and phonon transport far from equilibrium and across disparate spatial scales
量子级联激光器（QCL）是电磁波谱的中红外和太赫兹部分中的高功率相干光源。它们是电子系统和晶格系统远离平衡的设备，彼此强烈耦合，并且问题桥接不同的空间尺度。我们提出了我们正在进行的多物理场和多尺度模拟中红外QCL中的电荷和热量的远离平衡输运的工作。
2016-09-28 cond-mat.mes-hall
Gain in quantum cascade lasers and superlattices: A quantum transport theory
利用非平衡格林函数理论计算了电流驱动半导体异质结器件的增益。为了处理非平衡分布自洽的理论的完整的两个时间结构，而不依赖于任何种类的Kadanoff-Baym Answer。如果考虑自能的变化，则结果与电磁场的选择无关。与量子级联激光器的实验增益谱得到了很好的定量一致。对半导体超晶格的计算表明，简单的二次微带输运模型在室温下对大的微带宽度给出了可靠的结果
2002-07-02 cond-mat.mes-hall
Nonlinear response of quantum cascade structures
用非平衡格林函数方法分析了太赫兹量子级联激光器的增益谱。响应函数的高次谐波是可恢复的，为从理论上研究量子级联激光器中的非线性现象提供了一种途径。增益的模拟工作条件下，线性响应和强激光场的结果。一个迭代的方式重建激光条件下的激光腔内的场强描述使用的研究系统的损失的水平的测量值。与时域光谱的实验数据比较表明，实验情况超出了线性响应。
2012-10-31 cond-mat.mes-hall
Terahertz Lasing at Roomtemperature: Numerical Study of a Vertical-Emitting Quantum Cascade Laser Based on a Quantum Dot Superlattice
研究了以量子点链为活性材料的太赫兹量子级联激光器的室温激射特性，该激光器适用于无线通信和成像技术。基于单量子点波函数的“量子点轨道的线性组合”方法，使这种扩展的耦合量子点系统的能带结构计算成为可能。我们的研究结果表明，耦合量子点的强垂直发射，减少声子耦合和面内散射，使室温激光与显着降低阈值电流密度。
2021-02-10 cond-mat.mes-hall
Intersubband gain in a Bloch oscillator and Quantum cascade laser
研究了量子级联结构的反转增益与周期超晶格中布洛赫增益之间的联系。基于密度矩阵形式主义的理论模型能够通过考虑面内动量弛豫来同等地处理布洛赫振荡器和量子级联激光器的增益机制。该模型预测色散的贡献，除了（通常）人口反转依赖子带间的量子级联结构的增益和-在没有反转的情况下-提供了量子力学描述的超晶格中的色散增益。它证实了预测的半经典的迷你带图片，根据该增益预测的光子能量低于布洛赫振荡频率，而净吸收预计在较高的光子能量，作为一个描述，这是有效的高温限制。放大发射相对于共振跃迁能量的红移是由任何子带间跃迁中的色散增益贡献引起的，对于该子带间跃迁，粒子数反转是小的。
2002-05-17 cond-mat.mes-hall
Nonequilibrium phonon effects in midinfrared quantum cascade lasers
采用电子-光学-声子耦合系综蒙特卡罗模拟，研究了非平衡声子动力学对GaAs基中红外量子级联激光器在77- 300 K温度范围内运转的影响.非平衡声子效应在200 K以下是很重要的。在低温下，非平衡声子通过光学声子吸收大幅增加从最低注入器状态到下一阶段上激光能级的级间电子散射速率来增强注入选择性和效率。其结果是，在一个给定的字段的电流密度和模式增益更高，阈值电流密度更低，更接近实验比与热声子获得的结果。通过放大声子吸收，非平衡声子也阻碍电子能量弛豫并导致电子温度升高。
2016-07-27 cond-mat.mes-hall
Active conductivity of plane two-barrier resonance tunnel structure as operating element of quantum cascade laser or detector
本文在平面双势垒共振隧道结构不同单元中电子有效质量不同的矩形势模型下，建立了单能电子流与电磁场相互作用的准定态谱参数和有源电导率理论。结果表明，这种双势垒共振隧道结构可以作为量子级联激光器或探测器的独立元件或有源元件。对于实验研究的In $_{0.53}$ Ga $_{0.47}$ As/In $_{0.52}$ Al $_{0.48}$ As纳米系统，建立了双势垒共振隧道结构，在检测器和激光器制度，最佳操作（在最小的激发电流下具有最大的电导率）在最低的准稳态之间的量子跃迁。
2011-06-25 cond-mat.mes-hall
Simulating terahertz quantum cascade lasers: Trends from samples from different labs
我们提出了一个系统的比较结果，从我们的非平衡格林函数形式主义与大量的AlGaAs-GaAs太赫兹量子级联激光器先前发表在文献中。对所有样品采用相同的材料和模拟参数，我们观察到，对于给定组的样品，测量和计算的峰值电流之间的差异相似。这表明实验和理论之间的差异部分是由于在不同实验室制造的设备缺乏可重复性。改变不同器件的界面粗糙度高度，我们发现激光操作下的峰值电流几乎没有变化，因此界面质量的差异似乎不是缺乏再现性的唯一原因。
2016-08-31 cond-mat.mes-hall
Bosonic Cascade Laser
基于半导体微腔中玻色子准粒子（激子和激子-极化激元）在抛物势阱中的跃迁，提出了量子级联激光器的概念。由于激子跃迁的玻色子刺激，该激光器将发射太赫兹辐射。玻色子级联激光器的动力学与传统的费米子级联激光器的动力学有很大的不同。我们表明，人口的激子梯宇称依赖和量子化，如果没有外部太赫兹腔的激光器操作。
2012-05-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Position and mode dependent coupling of terahertz quantum cascade laser fields to an integrated diode
将肖特基二极管集成到太赫兹量子级联激光波导中，直接耦合到内部激光场。在多模激光器中，二极管响应与每个激射模式的二极管的瞬时功率和耦合强度两者相关。测量了集成在两个不同位置的量子级联激光腔中的二极管的整流响应，表明二极管的相对位置强烈影响激光二极管耦合。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Control of threshold voltages in Si/SiGe quantum devices via optical illumination
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory（约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室）；University of California-Berkeley（加州大学伯克利分校）
本研究通过光学照明在Si/SiGe场效应晶体管中实现对阈值电压的可控调节，并提出了一种解释其可调性的模型。
2024-06-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of Zone-Folded Acoustic Phonons in Terahertz Quantum Cascade Lasers using Picosecond Ultrasonics
利用超快激光光谱技术研究了太赫兹量子级联激光器的时间分辨振动特性。通过观察声学折叠分支，并通过分析所涉及的声子模式，可以提取这些器件的准确结构信息，这对于它们的设计和性能是必不可少的。
2010-12-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Self-Consistent Theory of the Gain Linewidth for Quantum Cascade Lasers
子带间跃迁的线宽可以显着降低到低于所涉及的状态的寿命加宽的总和，如果散射环境是类似的两个状态。这是研究在非平衡格林函数的方法在这里。我们发现，最近的，相对较低的掺杂，太赫兹量子级联激光器的效果是特别相关的。
2004-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Temperature performance analysis of terahertz quantum cascade lasers: Vertical versus diagonal designs
采用系综蒙特卡罗方法，系统地比较了基于垂直和对角激光跃迁的共振声子减少太赫兹量子级联激光器。分析表明，对于低于200 K的工作温度，对角设计可以在约3.5 THz及以上的激光频率下提供优异的温度性能;然而，垂直结构在较低频率下更有利于良好的温度性能。
2011-06-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Monte Carlo study of carrier-light coupling in terahertz quantum cascade lasers
我们提出了一种自洽的方法，包括光学腔场的Monte Carlo为基础的载流子输运模拟。这种方法允许在量子级联激光器中的实际激射操作的分析，考虑到诸如增益饱和和纵模竞争的影响。对太赫兹量子级联激光器的模拟结果与实验结果一致。
2011-06-14 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Rectified diode response of a multimode quantum cascade laser integrated terahertz transceiver
研究了太赫兹量子级联激光器中二极管的直流输运响应随激光电流的变化规律。的整体响应被描述为平行的贡献，由于二极管I-V的非线性和热激活的运输从激光场的整流。当激光器从单模改变到多模操作时，二极管响应中的突然跳跃，在输出功率中没有相应的跳跃，表明二极管和激光场之间的耦合取决于内部场的空间分布。结果表明，内部激光场直接耦合到集成二极管。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Analysis of High Performing Terahertz Quantum Cascade Lasers
对基于双阱设计的太赫兹量子级联激光器进行了详细的模拟。我们重现观察到的最大工作温度和属性的退化与温度的寄生水平和热的寄生虫的占领。此外，我们证明了电流注入可以方便地研究使用EZ状态，结合能量选择性和空间定位。改进注入允许实现约265开尔文的更高的最大操作温度。
2022-10-03 cond-mat.mes-hall physics.optics
Phase-locked array of quantum cascade lasers with an intracavity spatial filter
对量子级联激光器阵列进行锁相是实现高功率输出和光束整形的有效途径。本文基于Talbot效应，提出了一种新型的具有集成空间滤波Talbot腔的中红外量子级联激光器锁相阵列。所有的阵列显示稳定的同相操作从阈值电流到全功率电流。该阵列器件的光束发散角小于单脊激光器的光束发散角。利用多缝夫琅禾费衍射模式解释了远场辐射分布，并给出了获得较好光束质量的解决方案。对于11激光器阵列器件，最大功率仅为单脊激光器的5倍，对于7激光器阵列器件，最大功率仅为单脊激光器的3倍。这种新型的锁相阵列具有很强的模式选择能力、简单的制作工艺以及获得更好的光束质量和更小的腔损耗的潜力，是获得高功率或光束整形的一种有希望的解决方案。
2016-12-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Modeling bound-to-continuum terahertz quantum cascade lasers: The role of Coulomb interactions
基于系综蒙特卡罗分析，我们表明，库仑相互作用中起主导作用的束缚连续太赫兹量子级联激光器，因此需要仔细建模。库仑相互作用以空间电荷效应和库仑散射事件的形式进入我们的模拟。通过比较一个完整的多子带库仑屏蔽模型，我们表明，简化的方法产生相当大的偏差，这样的结构。电子-电子散射的自旋依赖性也必须充分考虑。此外，我们证明了迭代薛定谔-泊松和载流子输运模拟是必要的，以正确地考虑空间电荷效应。
2011-06-15 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Ultra low threshold current THz quantum cascade lasers based on buried strip-waveguides
采用双金属波导与质子注入相结合的方法，实现了基于新型埋腔结构的太赫兹量子级联激光器。器件实现了2.8 THz的发射，在脉冲和连续波操作中显示4K下19 mA的超低阈值电流。由于有源区两侧的半导体材料和顶部金属带的窄宽度，这些器件的热性能得到了极大的改善。与类似尺寸的标准脊双金属激光器相比，热阻降低了两倍以上。
2005-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Analytical expression for Risken-Nummedal-Graham-Haken instability threshold in quantum cascade lasers
本文得到了法布里-珀罗腔量子级联激光器（QCL）中Risken-Nummedal-Graham-Haken（RNGH）多模不稳定性阈值的封闭表达式。这个简单的解析表达式是一个通用的工具，可以很容易地应用于实际情况下，需要分析QCL的动态行为和估计其第二个阈值。我们的FP腔激光器模型考虑了载流子相干光栅和载流子布居光栅以及它们由于载流子扩散而产生的弛豫。在该模型中，RNGH不稳定性阈值分析使用二阶双正交微扰理论，我们确认我们的解析解与数值模拟的比较。特别是，该模型预测QCL中的第二阈值较低。这与文献中的实验数据非常吻合。
2016-09-21 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photon-induced carrier transport in high efficiency midinfrared quantum cascade lasers
用系综蒙特卡罗方法分析了具有高壁插效率的中红外量子级联激光器。模拟中考虑了载流子输运和腔场动力学，为分析和优化激光器工作提供了一种自洽的方法。结果表明，在低温下，光子发射和吸收可以支配这种器件中的载流子输运。此外，我们发现光子诱导散射可以强烈地影响子带内的动力学电子分布。我们的结果进行了验证，对现有的实验数据。
2011-07-27 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Monte-Carlo-based spectral gain analysis for THz quantum cascade lasers
采用系综Monte Carlo输运模拟，我们自洽地分析了不同的太赫兹量子级联激光器结构的光谱增益，考虑到绑定到连续以及共振声子减少设计。在这种情况下，我们研究温度相关的增益展宽，影响太赫兹结构的温度性能。此外，我们还讨论了单个散射机制，如电子-电子散射、杂质散射和界面粗糙度散射等的影响。模拟结果与实验数据的比较产生良好的协议。
2011-06-15 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Observation of long turn-on delay in pulsed quantum cascade lasers
对脉冲中红外量子级联激光器的开启延迟进行了实验研究。我们报告的意外长的延迟时间依赖于泵浦电流，这与传统的阶梯状激励的理论预测不一致。在InP和InAs基QCL中观察到类似的行为，其发射波长接近8 $μ$ m。使用基于速率方程的模型进行的数值模拟与我们的观察提供公平的协议与非零上升时间的电流脉冲激励。
2021-07-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Phase-locked array of quantum cascade lasers with an integrated Talbot cavity
我们展示了一个锁相阵列的三个量子级联激光器与集成的塔尔博特腔在一侧的激光器阵列。这种耦合方案称为衍射耦合。通过将Talbot的长度控制为Talbot距离的四分之一（Zt/4），可以选择同相模式操作。从阈值电流到全功率电流，在不同的注入电流下，同相操作显示出很大的模式稳定性。同相操作的远场辐射图案包含三个瓣，一个中心最大瓣和两个旁瓣。相邻叶片之间的间隔约为10.5°。输出功率约为单脊激光器的1.5倍。进一步的研究工作还需要进一步提高Talbot腔的光束性能，降低集成Talbot腔带来的光损耗。
2016-12-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Density-matrix model for photon-driven transport in quantum cascade lasers
建立了一个含时的密度矩阵模型来研究量子级联激光器中的光子辅助电子输运。对于任意的场振幅，求解了存在光场时密度矩阵的马尔可夫运动方程。能级加宽项来自微观哈密顿量，取代了相关方法中经常采用的经验参数。我们表明，在量子级联激光器与对角设计，光子共振有一个显着的影响，电子动力学周围和以上的激射阈值，效果源于上，下激射状态之间的大空间分离。在考虑PA隧穿效应的情况下，电流密度和输出功率的计算值与实验值吻合较好。
2021-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Ignition of quantum cascade lasers in a state of oscillating electric field domains
量子级联激光器（QCL）通常被设计为避免在操作点附近的负微分电导率（NDC），以防止不稳定性。我们证明，阈值条件下的电场（域）的不均匀分布是可能的，并导致激光在一个操作点的电压偏置通常归因于NDC区域。对于我们的例子，太赫兹QCL工作到目前的最高温度为199 K，理论研究结果与实验观察吻合得很好。特别是，我们在实验中观察到阈值前后GHz频率的自持振荡。这些都归因于我们的模拟旅行域。克服设计范例以避免NDC可以允许进一步优化QCL，由于稳定背景电流而具有更少的耗散。
2018-08-21 cond-mat.mes-hall nlin.PS
Density matrix theory of transport and gain in quantum cascade lasers in a magnetic field
建立了量子级联激光器在外加磁场中电子输运和光学增益的密度矩阵理论。从一般的量子动力学处理出发，我们在非马尔科夫、马尔科夫和玻尔兹曼近似水平上描述了周期内和周期间的电子动力学。电子与纵向光学声子和经典光场的相互作用包括在本说明书中。原型结构的非马尔可夫计算揭示显着不同的增益谱的线宽和额外的极化特征相比，马尔可夫和玻尔兹曼的。尽管强烈反对的解释起源的运输过程中的非马尔可夫或马尔可夫和玻尔兹曼的方法，他们产生的电流密度的可比值。
2007-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Density matrix Monte Carlo modeling of quantum cascade lasers
通过引入密度矩阵的元素，将载流子输运的半经典系综Monte Carlo方法扩展到非相干隧穿，这在量子级联激光器中起着重要作用.特别是，这种效应主导了电子输运穿过厚注入势垒，这是经常使用的太赫兹QCL设计。实现了量子力学退相的自洽模型，消除了对经验模拟参数的需要。我们的建模方法进行了验证，对不同类型的太赫兹QCL设计的实验数据。
2017-11-16 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Modeling techniques for quantum cascade lasers
量子级联激光器是单极半导体激光器，覆盖宽范围的红外和太赫兹光谱。激光作用是通过使用专门设计的多量子阱异质结构中的量子态之间的光学子带间跃迁来实现的。量子级联激光器在工作温度、效率和光谱范围方面的系统改进需要对这些结构中的基本物理过程进行详细建模。此外，量子级联激光器构成了一个多功能的模型设备，用于开发和改进纳米和光电子学的模拟技术。这篇评论提供了一个全面的调查和讨论用于模拟量子级联激光器的建模技术。主要的重点是在纳米结构增益介质中的载流子输运的建模，而光学腔的模拟覆盖在一个更基本的水平。具体地，讨论了求解一维薛定谔方程和薛定谔-泊松方程的传输矩阵和有限差分方法，给出了多量子阱有源区的量子化态.光学腔的建模覆盖了基本波导谐振器结构的重点。此外，各种载流子输运模拟方法进行了讨论，从基本的经验方法，先进的自洽技术。这些方法包括经验速率方程和相关的Maxwell-Bloch方程方法，自洽速率方程和系综Monte Carlo方法，以及量子输运方法，特别是密度矩阵和非平衡格林函数（NEGF）形式主义。导出的散射率和自能一般是有效的n型器件的基础上一维量子限制，如量子阱结构。
2014-12-11 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Terahertz quantum cascade lasers with thin resonant-phonon depopulation active regions and surface-plasmon waveguides
我们报道了三阱，共振声子减少太赫兹量子级联激光器与半绝缘表面等离子体波导和减少有源区（AR）的厚度。比较了厚度为10、7.5、6和5 μm的器件的阈值电流密度、最高工作温度、输出功率和AR温度。较薄的AR对外延生长的技术要求较低，并且导致器件的电加热减少。然而，发现7.5 μ m厚的器件在阈值处提供最低的电功率密度，因为它们代表了低电阻和低阈值增益之间的最佳权衡。
2013-03-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
