THz量子阱探測(cè)器：設(shè)計(jì)、性能計(jì)算與提高.pdf

1、太赫茲波段是目前尚未被深入了解但必定大有可為的一個(gè)電磁波段。太赫茲量子阱探測(cè)器(THz QWP)由于其子帶躍遷機(jī)制,具有響應(yīng)快、響應(yīng)頻率設(shè)計(jì)可調(diào)、體積小等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn),使其成為太赫茲應(yīng)用中不可替代的探測(cè)器。
　　在第一部分,本文介紹關(guān)于THz QWP設(shè)計(jì)的相關(guān)工作。首先THz QWP的摻雜濃度較低,導(dǎo)致之前對(duì)于紅外量子阱探測(cè)器(IR QWP)的一些近似結(jié)論不再成立。本文重新推導(dǎo)了使得暗電流噪聲限制模式探測(cè)率(Ddet*)達(dá)到最優(yōu)的摻雜

2、濃度。另外,在設(shè)計(jì)THz QWP時(shí),多體效應(yīng)是一個(gè)十分關(guān)鍵的因素。本文闡述了計(jì)算THz QWP能帶時(shí)的自洽循環(huán)解法,并使用平面波展開法(PWE)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。接著又考慮退極化能對(duì)光電流譜響應(yīng)峰值進(jìn)行了修正。計(jì)算結(jié)果表明考慮多體效應(yīng)使得QWP的能帶結(jié)構(gòu)和光電流譜的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值更加吻合。然后,在固定阱區(qū)摻雜濃度的前提下,考慮多體效應(yīng)給出了使得第一激發(fā)態(tài)能級(jí)與量子阱勢(shì)壘接近持平(ΔE≈0)的THz QWP參數(shù)。最后,本文使用令Ddet*

3、達(dá)到最大這一條件來(lái)選取摻雜濃度,給出了滿足ΔE≈0的THz QWP參數(shù)。
　　在第二部分,本文給出了有望提高THz QWP工作溫度的兩種方法。第一種方法是將QWP的尺寸縮小并在其上方安裝一個(gè)可以匯聚THz波的天線。數(shù)值模擬結(jié)果表明,當(dāng)使用一個(gè)匯聚倍數(shù)為106的天線時(shí),響應(yīng)頻率高于5.5 THz的QWP有望在高于77 K時(shí)實(shí)現(xiàn)背景光電流噪聲限制工作模式(BLIP)。第二種方法是使用THz QCL作為QWP的信號(hào)光源,使QWP在高溫下